蛇足石杉的種群結(jié)構(gòu)和致危因素△

齊耀東，王德立

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所,北京 100193；2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所 海南分所,海南 ?？?570311)

·中藥農(nóng)業(yè)·

蛇足石杉的種群結(jié)構(gòu)和致危因素△

齊耀東1，王德立2*

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所,北京100193；2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥用植物研究所 海南分所,海南 ?？?70311)

本研究通過(guò)對(duì)中國(guó)主要分布區(qū)的蛇足石杉天然種群進(jìn)行生態(tài)調(diào)查，分析導(dǎo)致該物種資源驟減的主要原因，以找出合理的保護(hù)措施。我們調(diào)查了江西、貴州、廣西、重慶及海南等5個(gè)省區(qū)蛇足石杉天然居群，分析了該物種的種群結(jié)構(gòu)、變化趨勢(shì)及生長(zhǎng)速率等。結(jié)果表明調(diào)查樣地的蛇足石杉居群結(jié)構(gòu)相似，幼苗和幼株為居群的主要構(gòu)成，成株相對(duì)較少；盡管不同樣地的蛇足石杉生長(zhǎng)速率存在差異，但年生長(zhǎng)量均在2.0～3.0cm之間。從繁育方式看，海南居群芽胞幼苗和可產(chǎn)生芽胞的成株占居群的比例分別為80.5%，19.1%，均顯著高于其它居群，這揭示了海南種群更新以芽胞繁殖為主，而其它居群以孢子繁殖為主。該調(diào)查結(jié)果表明導(dǎo)致蛇足石杉資源減少的內(nèi)在因素在于：芽胞幼苗生長(zhǎng)速率快而芽胞數(shù)量少、孢子存在長(zhǎng)時(shí)間休眠且萌發(fā)困難、植株生長(zhǎng)緩慢；外在因素在于過(guò)度采集和生態(tài)環(huán)境遭遇嚴(yán)重破壞等。對(duì)此我們提出了多種保護(hù)方法，在保護(hù)好生態(tài)環(huán)境和現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行繁育研究，通過(guò)野生撫育防止種群萎縮。

蛇足石杉；生境；葉層；芽胞

蛇足石杉Huperziaserrata(Thunb.ex Murray)Trevis.為一種擬蕨類(lèi)植物，隸屬石杉科(Huperiaceae)石杉屬Huperzia[1]，為多年生草本，高20～30 cm，多生長(zhǎng)于林下、草叢較為潮濕的環(huán)境中。蛇足石杉通常以孢子或芽胞繁殖，幼苗生長(zhǎng)緩慢，成株葉腋處產(chǎn)生孢子，分枝上部產(chǎn)生芽胞。該植物廣泛分布于溫帶東亞至熱帶東南亞地區(qū)，甚至可經(jīng)過(guò)太平洋島嶼到達(dá)中美洲。在中國(guó)它主要分布于長(zhǎng)江以南的廣大地區(qū)，此外東北和西藏有少量分布[1-2]。

近年來(lái)對(duì)蛇足石杉的研究主要包括生態(tài)學(xué)[3]，植物化學(xué)，及分子生物學(xué)。就資源保護(hù)方面而言，研究較多的有扦插繁殖[4-6]、孢子體培養(yǎng)[7-8]、孢子培養(yǎng)[9]、及芽胞繁殖[10-11]等，但目前仍無(wú)可行的技術(shù)用于規(guī)?；a(chǎn)，不能從根本上解決它的資源短缺問(wèn)題。這些技術(shù)尚未獲得突破的主要原因在于：(1)難以徹底殺滅孢子體內(nèi)生菌；(2)扦插繁殖成活率不高；(3)孢子萌發(fā)長(zhǎng)時(shí)間[12-13]等。此外，芽胞是蛇足石杉重要的營(yíng)養(yǎng)繁殖材料，在種群更新中起著重要作用[14-16]，已研究表明芽胞可萌發(fā)成新植株[16-17]，盡管以芽胞為材料的繁殖技術(shù)尚待研究，這可能會(huì)成為今后資源保護(hù)的重要方法。

蛇足石杉已成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)物種，這緣于該植物含有石杉?jí)A甲(Alzheimer's disease，AD)。蛇足石杉隸屬石杉科石杉屬，為擬蕨類(lèi)植物，株高15～30 cm，二歧分枝，多生長(zhǎng)在蔭蔽度高、潮濕、富含腐殖質(zhì)的環(huán)境中。自20世紀(jì)80年代中國(guó)科學(xué)家從蛇足石杉中提取分離得到石杉?jí)A甲Huperzin A[18-19]，一種乙酰膽堿酯酶的抑制劑被認(rèn)為是治療早老性癡呆的良好藥物[20]，該植物一直受到全世界關(guān)注，人們對(duì)其采挖亦迅猛增長(zhǎng)。雖然該物種分布廣泛，但其居群片段化嚴(yán)重、儲(chǔ)量少、可采量低，加之人口劇增導(dǎo)致棲息地破壞[21]，使得蛇足石杉野生資源面臨枯竭，對(duì)該物種的保護(hù)也迫在眉睫。

盡管目前對(duì)于蛇足石杉的研究逐步深入，但關(guān)于物種瀕危等級(jí)以及致危因素的研究較為薄弱。無(wú)限制的采集是該物種資源驟減的一個(gè)主要方面，為更好地確定該物種的致危因素和保護(hù)方法，需從生物學(xué)特性和種群生態(tài)學(xué)方面進(jìn)行深入研究，以便更好地確定該物種的發(fā)展趨勢(shì)、瀕危等級(jí)及保護(hù)方法。為此，我們多次對(duì)中國(guó)主要分布區(qū)蛇足石杉天然居群進(jìn)行了生態(tài)學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該物種資源減少的多種原因及瀕危等級(jí)，為今后開(kāi)展資源保護(hù)及生物多樣性提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1調(diào)查地點(diǎn)

本研究共設(shè)立5個(gè)省區(qū)的調(diào)查地點(diǎn)，它們是：廣西那坡縣德孚自然保護(hù)區(qū)(GX)、江西修水縣黃港鎮(zhèn)(JX)、貴州岑鞏縣凱本鄉(xiāng)(GZ)、重慶黃水鎮(zhèn)(CQ)和海南昌江縣霸王嶺自然保護(hù)區(qū)(HN)，其中地勢(shì)較為平坦的為重慶樣地，海拔較低的樣地為江西和貴州。生境及居群保護(hù)較為完整的為海南樣地，植被破壞嚴(yán)重的為重慶樣地和廣西樣地，特別是廣西樣地緩沖區(qū)內(nèi)植被遭砍伐嚴(yán)重；有20年以上人工生境的為重慶樣地、江西樣地和貴州樣地。這5個(gè)地區(qū)基本涵蓋了蛇足石杉在中國(guó)主要分布區(qū)的不同氣候條件與生境(表1)。蛇足石杉憑證標(biāo)本(HN09001；GX09002；GZ09003；CQ09004；JX09005)存于中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所海南分所標(biāo)本館。

表1 調(diào)查樣地的地理位置及生態(tài)環(huán)境

1.2調(diào)查方法

在整個(gè)調(diào)查過(guò)程中我們根據(jù)蛇足石杉生長(zhǎng)環(huán)境，并結(jié)合當(dāng)?shù)刂参锓诸?lèi)人員的經(jīng)驗(yàn)和請(qǐng)教當(dāng)?shù)剞r(nóng)民或藥農(nóng)來(lái)確定調(diào)查規(guī)模和調(diào)查路線。由于該植物多生長(zhǎng)林下和草叢中，因此調(diào)查時(shí)多徒步進(jìn)行。在調(diào)查中，每個(gè)樣地隨機(jī)設(shè)立25～60個(gè)面積為0.5m×0.5m的樣方，每個(gè)樣方至少包含5株蛇足石杉，盡量涵蓋不同生長(zhǎng)階段的植株。由于蛇足石杉分布較為分散，呈簇生長(zhǎng)，適宜采用線性調(diào)查方式，調(diào)查主要內(nèi)容包括：植株總數(shù)，幼苗總數(shù)及來(lái)源、葉片層數(shù)、芽胞有無(wú)、芽胞層數(shù)、孢子有無(wú)、海拔、經(jīng)緯度等。并采集原植物制作蠟葉標(biāo)本以為憑證，同時(shí)測(cè)定調(diào)查樣地的海拔高度和經(jīng)緯度。在調(diào)查時(shí)向植物學(xué)家或當(dāng)?shù)剞r(nóng)民了解每個(gè)樣地的伴生物種及其生長(zhǎng)年限，包括前期植被狀況、是否被采集，是否有農(nóng)耕，是否為人工林，蛇足石杉的分布范圍和儲(chǔ)量，以及對(duì)該植物的采集和使用歷史等。

1.3數(shù)據(jù)收集

調(diào)查指標(biāo)與數(shù)據(jù)收集

在調(diào)查中統(tǒng)計(jì)居群中孢子幼苗總數(shù)、芽胞幼苗總數(shù)、幼株總數(shù)及成株總數(shù)等。每個(gè)樣方盡可能包含不同生長(zhǎng)階段的植株，但有些樣方僅包含某個(gè)生長(zhǎng)階段的植株，這可能是因?yàn)殒咦由⒙溆趧e處并萌發(fā)成幼苗。對(duì)這種情況，應(yīng)在其周?chē)嘣O(shè)立樣方，以提高調(diào)查的可靠性。特別是對(duì)那些只有幼苗的樣方，在其周?chē)囟ㄓ谐芍甏嬖?，所設(shè)立的樣方應(yīng)盡量具有代表性和全面性。在調(diào)查中不測(cè)量幼苗高度，僅測(cè)量幼株和成株的高度，但要統(tǒng)計(jì)不同生長(zhǎng)階段植株數(shù)量。由于海南蛇足石杉天然居群的更新方式較為特殊，我們對(duì)該居群的成株進(jìn)行了調(diào)查，主要包括成株數(shù)量，產(chǎn)生芽胞的植株數(shù)量，不同生長(zhǎng)階段植株年產(chǎn)生芽胞的數(shù)量不等。同時(shí)用GPS測(cè)定了每個(gè)樣地的海拔高度與地理位置，年降雨量及年平均氣溫從當(dāng)?shù)貧庀缶肢@得。

植株年齡級(jí)判定

從出苗至無(wú)明顯葉層階段的植株稱(chēng)為幼苗seedling；有明顯葉層但尚未產(chǎn)生孢子囊的植株稱(chēng)為幼株youngplant；產(chǎn)生孢子囊或芽胞的植株的稱(chēng)為成株adultplant，芽胞產(chǎn)生晚于孢子。

幼苗來(lái)源的判定

幼苗為來(lái)自芽胞或孢子年萌發(fā)而形成的新植株，高度通常在2.5cm以內(nèi)，無(wú)明顯葉層。天然居群中幼苗主要來(lái)自芽孢和孢子。芽孢幼苗為芽胞從母株脫落后，在母株附近土壤中迅速萌發(fā)生成新的幼小植株，在其莖基部有明顯的芽胞結(jié)構(gòu)，以此作為判斷依據(jù)；孢子幼苗與芽胞幼苗相比在莖基部沒(méi)有明顯的芽孢結(jié)構(gòu)。其中將來(lái)自芽胞的幼苗稱(chēng)為芽胞幼苗(gemmling)，來(lái)自孢子的幼苗為孢子幼苗(sporeling)，包含來(lái)自芽胞和孢子的幼苗群體統(tǒng)稱(chēng)為幼苗(seedling)。

葉片層數(shù)的判定

葉片層數(shù)是蛇足石杉重要的生物學(xué)特性，多年生植株會(huì)出現(xiàn)小葉和大葉交替生長(zhǎng)的現(xiàn)象，植株每生長(zhǎng)1年可產(chǎn)生大葉和小葉各1層，從而形成明顯的葉層，通過(guò)葉層數(shù)和株高即可算出平均年生長(zhǎng)量，這與芽胞層數(shù)極為相似[22]。幼苗無(wú)葉層，幼株開(kāi)始產(chǎn)生葉層，此后逐年出現(xiàn)。根據(jù)這種特性可判定植株的葉片層數(shù)和年生長(zhǎng)情況。將沒(méi)有明顯葉層的植株稱(chēng)為幼苗，有葉層但沒(méi)有孢子囊的植株稱(chēng)為幼株，有孢子囊的植株稱(chēng)為成株。

1.4數(shù)據(jù)分析

用方差分析、多重比較和回歸分析處理該數(shù)據(jù)。對(duì)于不同來(lái)源的幼苗數(shù)量先進(jìn)行樣地內(nèi)比較，通過(guò)加權(quán)平均值比較芽胞幼苗和孢子幼苗數(shù)量上的差異，確定優(yōu)勢(shì)幼苗的來(lái)源，進(jìn)而明確群體的主要更新方式。而后比較樣地間主要群體更新方式的差異性。對(duì)不同芽胞層數(shù)植株年產(chǎn)生芽胞數(shù)量及不同基質(zhì)培植芽胞試驗(yàn)中芽胞萌發(fā)率和成活率等均采用方差分析和多重比較。對(duì)不同階段幼苗生長(zhǎng)高度計(jì)算加權(quán)平均值。

2 結(jié)果

2.1蛇足石杉的居群結(jié)構(gòu)

對(duì)5個(gè)樣地的天然居群調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各樣地居群結(jié)構(gòu)組成有明顯不同。盡管每個(gè)居群均包括幼苗、幼株和成株，但不同株齡植株總數(shù)和所占相應(yīng)居群的比例不同(圖1)。除貴州樣地外幼苗占居群28.7%而低于幼株45.8%外，其它樣地幼苗比例最高，幼株次之，而成株比例最小，因此幼苗和幼株為所有居群的主要構(gòu)成。幼苗和幼株的群體比例是成株的3至5倍。

圖1 各樣地不同生長(zhǎng)階段植株數(shù)量

幼株與成株密度均值，海南最高為8.6株/0.25m2，貴州樣地最低僅為4.9株/0.25m2，處于二者之間的為廣西、江西和重慶樣地。對(duì)居群所有植株平均密度而言，海南樣地最高，為17.12株/0.25m2，其次為重慶樣地13.4株/0.25m2，最低的仍為貴州樣地為6.9株/0.25m2。

2.2蛇足石杉的生長(zhǎng)速率

將5樣地株高與葉層進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖3)，每樣地植株葉層數(shù)與株高均呈明顯的線性增長(zhǎng)，但其增長(zhǎng)幅度在不同地區(qū)間有差異。對(duì)不同群體植株葉層數(shù)與株高進(jìn)行相關(guān)分析，其相關(guān)系數(shù)R2(P<0.01)分別為：廣西0.923，江西0.879，貴州0.887，重慶0.782，海南0.873，表明各樣地群體中葉層數(shù)與株高呈極顯著相關(guān)性，其回歸方程在圖3中表示。

注：幼株和成株平均密度(A)；總植株平均密度(B)圖2 不同樣地植株密度

圖3 不同樣地株高隨葉層變化規(guī)律

該方程表示株高隨葉層數(shù)增加而增加的總體趨勢(shì)與幅度，其中總體生長(zhǎng)速率k不同及出現(xiàn)葉層時(shí)的株高b也不同。不同樣地間同葉層的植株高度的分析結(jié)果表明不同地區(qū)間葉層數(shù)相同的植株高度存在顯著差異(P<0.05)。廣西、貴州和海南3樣地植株高度，1～3葉層，有顯著差異；而4～6葉層無(wú)顯著差異；7葉層，海南樣地顯著低于廣西和貴州；8葉層植株高度，廣西、江西和海南3樣地相同；9葉層，廣西和江西株高相同。

2.3植株年生長(zhǎng)量樣地間比較

株高與葉層關(guān)系方程表示株高隨葉層數(shù)增加而增加的總體趨勢(shì)與幅度，其中總體生長(zhǎng)速率K不同及出現(xiàn)葉層時(shí)的株高b也不同。進(jìn)一步對(duì)不同樣地葉層數(shù)相同，且樣本量大于3的植株高度進(jìn)行方差分析和多重比較，結(jié)果表明不同地區(qū)間葉層數(shù)相同的植株高度存在顯著差異(P<0.05)(表2)。廣西、貴州和海南3樣地植株高度，1-3葉層，有顯著差異；而4-6葉層無(wú)顯著差異；7葉層，海南樣地顯著低于廣西和貴州；8葉層植株高度，廣西、江西和海南3樣地相同；9葉層，廣西和江西株高相同。隨著葉層數(shù)的增加可分析的處理減少，重慶樣地僅調(diào)查到6葉層數(shù)的植株。

表2 株高隨葉層變化在不同樣地間的比較

注：顯著性概率P<0.05

2.4不同蛇足石杉居群的主要更新方式

野生環(huán)境中蛇足石杉的繁殖方式主要包括孢子繁殖和芽胞繁殖。芽胞的出現(xiàn)晚于孢子，通常春季產(chǎn)生，秋季脫落，脫落后在合適的環(huán)境中可以迅速生長(zhǎng)為新植株，但并非所有的成株均產(chǎn)生芽孢。芽胞繁殖是一種重要的居群更新方式。樣方調(diào)查發(fā)現(xiàn)芽胞繁殖幼苗、孢子繁殖幼苗、幼株和成株共存于同一居群內(nèi)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)來(lái)自芽胞或孢子的幼苗數(shù)量及可產(chǎn)生芽胞成株的數(shù)量與比例即可判斷該居群的主要繁殖方式。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示GX、JX、GZ及CQ樣地可產(chǎn)生芽胞的植株占群體的比例較低，分別為3.8%，3.5%、6.2%和4.2%。而海南居群中成株約占總植株的20%，其中95%以上的成株均可產(chǎn)生芽胞(圖1)，占成株的絕大部分。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除貴州樣地中樣地幼苗和幼株數(shù)量相近外，其它樣地幼苗數(shù)量均明顯高于幼株和成株(圖2)。對(duì)幼苗來(lái)源分析發(fā)現(xiàn)，廣西、江西、貴州和重慶地區(qū)的蛇足石杉孢子幼苗占有明顯優(yōu)勢(shì)，顯著高于芽胞幼苗。對(duì)海南樣地幼苗群體進(jìn)分析發(fā)現(xiàn)芽胞幼苗的數(shù)量和比例遠(yuǎn)高于孢子幼苗。

3 討論

3.1蛇足石杉天然居群結(jié)構(gòu)和更新方式

調(diào)查的每個(gè)樣地均包含幼苗、幼株和成株，但不同生長(zhǎng)階段植株所占相應(yīng)群體的比例明顯不同。其中幼苗比例較高的為海南樣地和重慶樣地，分別為50.2% 和49.8%，最低的貴州樣地僅28.7%，而成株僅占居群的1/4左右，較高的江西樣地也不足1/3(圖1)，這表明幼苗和幼株為居群的主要構(gòu)成(圖2)，這些居群均具有極強(qiáng)的更新能力。

海南樣地中占居群20.0%的成株中，超過(guò)95%的成株可產(chǎn)生芽胞(圖4)，這說(shuō)明該居群具有產(chǎn)生較多芽胞的能力，即使在那些未產(chǎn)生芽胞的成株中也可能因?yàn)椴糠殖芍晟L(zhǎng)年限較短尚未達(dá)到產(chǎn)生芽胞的程度，隨著植株的生長(zhǎng)將可能會(huì)產(chǎn)生芽胞。而與之相比，其它4樣地成株群體中僅有少部分產(chǎn)生芽胞(低于居群的7%)。為確定芽胞繁殖還是孢子繁殖為居群的主要更新方式，我們對(duì)5樣地的幼苗來(lái)源及其所占居群的比例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示海南樣地蛇足石杉幼苗占該群體50.2%，其中約80%的來(lái)自芽胞，來(lái)自孢子的幼苗不足20%。而廣西、江西、貴州和重慶等樣地幼苗占相應(yīng)居群的比例分別為39.6%、38.1%、28.7%和49.8%，其中來(lái)自芽胞的幼苗占相應(yīng)居群幼苗總數(shù)的比例分別為：7.4%、4.0%、15.2%和3.2%，這表明該4樣地中的幼苗主要來(lái)自孢子。因此除海南樣地外其它4樣地居群的主要更新方式為孢子繁殖，而海南樣地為芽胞繁殖。這種現(xiàn)象提示我們孢子繁殖與芽胞繁殖均可作為蛇足石杉資源保護(hù)的方法，但可能要因地制宜。

注：A.可產(chǎn)生芽胞成株占該居群成株的比例；B.不同來(lái)源幼苗占居群幼苗總數(shù)的比例圖4 植株占居群的比例

對(duì)蛇足石杉種群更新方式的分析結(jié)果表明了海南蛇足石杉分布群體具有明顯不同于其它群體的更新方式，即芽胞繁殖。由于芽胞為一種變態(tài)葉，因此這些植物被稱(chēng)為枝源型克隆植物[23-24]，即可由芽胞直接生長(zhǎng)為植株。海南蛇足石杉居群更新以芽胞繁殖為主的特征緣自遺傳的可能性較大。分類(lèi)學(xué)家認(rèn)為蛇足石杉組包含20多個(gè)種，其中中國(guó)分布有12個(gè)種，它們均可產(chǎn)生芽胞[25-26]，這說(shuō)明它們的生物學(xué)特性具有一定的相似性，但不同居群蛇足石杉產(chǎn)生芽胞的能力顯著不同，從而導(dǎo)致居群結(jié)構(gòu)不同。

海南島地處熱帶海洋性季風(fēng)氣候，該地蛇足石杉居群遠(yuǎn)離其它居群，且長(zhǎng)期生活在高溫多雨的生境中，由于孢子極小，多雨的環(huán)境致使散落的孢子不斷被雨水沖刷，加上孢子萌發(fā)需時(shí)較長(zhǎng)[12-13]，這可能是該居群芽胞產(chǎn)生較多的原因。調(diào)查發(fā)現(xiàn)其它4樣地均以孢子繁殖為主，雖然蛇足石杉產(chǎn)生芽胞為本身生物學(xué)特性，但環(huán)境因子也會(huì)促進(jìn)或抑制芽胞的產(chǎn)生。Gola[23]對(duì)蛇足石杉近緣種H.lucidula芽胞的產(chǎn)生特點(diǎn)研究發(fā)現(xiàn)在高海拔地區(qū)的植株易產(chǎn)生芽胞而低海拔地區(qū)則較少產(chǎn)生或不產(chǎn)生，這同樣說(shuō)明了環(huán)境因子對(duì)居群更新有重要影響。

3.2蛇足石杉的致危原因

3.2.1芽胞繁育具有地域性 我們?cè)诹私馍咦闶季尤航Y(jié)構(gòu)的同時(shí)也對(duì)其所依賴(lài)的生存環(huán)境進(jìn)了調(diào)查。除海南樣地外，其它樣地均為生長(zhǎng)20年以上的人工林，最為明顯的是重慶樣地，此外還有江西樣地和貴州樣地。而保護(hù)相對(duì)較為完整的樣地為海南樣地是目前保存最為完整，尚未被采集的天然群體，也是最為特殊的一個(gè)樣地，這是因?yàn)樵摼尤菏俏ㄒ环植荚跓釒У貐^(qū)的群體，此外保存相對(duì)完好的還有廣西居群。依據(jù)本次調(diào)查可以看出，孢子繁殖和芽胞繁殖均為天然居群的兩種首要的更新方式，但對(duì)不同居群而言它們?cè)诰尤焊轮兴嫉闹鲗?dǎo)地位明顯不同。就海南居群而言幼苗來(lái)源的比例來(lái)看芽胞幼苗80.5%遠(yuǎn)高于孢子繁殖的幼苗19.5%(圖4)。表明該樣地蛇足石杉孢子多數(shù)敗育或環(huán)境不適宜孢子萌發(fā)，因此芽胞為首要的繁殖材料。從可產(chǎn)生芽胞的成株在居群中所占的比例也能看出海南樣地顯著高于其它樣地(圖4)。而其它樣地植株由于不能產(chǎn)生較多的芽胞，而是以孢子繁育為主。芽胞與孢子相比體積與重量均高于孢子，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，芽胞脫落后多分布在距母株10cm范圍內(nèi)，這種繁育方式不利于種群的擴(kuò)散。

3.2.2孢子萌發(fā)時(shí)間長(zhǎng) 雖然孢子體積小，重量輕，易隨風(fēng)飄散，但孢子萌發(fā)率低，對(duì)環(huán)境條件要求苛刻，特別是休眠時(shí)間長(zhǎng)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)除海南樣地外，另外4樣地蛇足石杉群體的主要更新方式為孢子繁殖，這表明在這些樣地的環(huán)境適宜孢子萌發(fā)，雖然少部分植株可以產(chǎn)生芽胞，但芽胞幼苗的數(shù)量遠(yuǎn)不及孢子幼苗。盡管孢子繁殖是這些樣地的主要種群更新方式，但孢子萌發(fā)成孢子體需要2～3年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。我們?cè)谡{(diào)查重慶樣地時(shí)發(fā)現(xiàn)在生長(zhǎng)10～15年的杉木林下沒(méi)有蛇足石杉成株存在，偶有幼苗，且幼苗全部來(lái)自孢子，這些萌發(fā)成幼苗的孢子可能已埋藏于地表多年，在環(huán)境適宜時(shí)才萌發(fā)成幼苗。我們還發(fā)現(xiàn)通常有大量幼苗的地方，附近(5m之內(nèi))必然有成株存在，而對(duì)于這種僅有幼苗的杉木林中的孢子不可能來(lái)自距離較遠(yuǎn)的成株。盡管有些種子的傳播依靠動(dòng)物傳播比如鳥(niǎo)類(lèi)，家禽等，但孢子囊這種微小的材料依靠這種方式傳播的可能性較低。因此這說(shuō)明了蛇足石杉孢子萌發(fā)需要較長(zhǎng)時(shí)間，這可能與孢子存在休眠有關(guān)。隨著生態(tài)環(huán)境的改變或農(nóng)事操作的增加，孢子萌發(fā)所需的環(huán)境遭到破壞，孢子萌發(fā)率和幼苗成活率均降低，在重慶樣地農(nóng)民不斷砍伐杉木種植黃連，貴州和江西樣地的伴生喬木和灌木也遭到嚴(yán)重砍伐等，這些行為均導(dǎo)致孢子休眠時(shí)間延長(zhǎng)甚至死亡，降低孢子萌發(fā)率。

而孢子可能有較的長(zhǎng)休眠時(shí)間和較強(qiáng)的抗逆性，在適宜的環(huán)境中能萌發(fā)，進(jìn)而形成配子體。雖然目前尚無(wú)證據(jù)表明蛇足石杉孢子萌發(fā)需要較長(zhǎng)時(shí)間，Whitter等[12-13]對(duì)近緣種孢子培養(yǎng)研究表明孢子在無(wú)菌培養(yǎng)條件下萌發(fā)需時(shí)1年以上。這也暗示了蛇足石杉孢子也可能具有休眠特性。有些樣地盡管以孢子繁殖為主，但這些幼苗可能是來(lái)自休眠多年的孢子萌發(fā)。

3.2.3植株生長(zhǎng)緩慢 芽胞繁殖明顯快于孢子，這主要是因?yàn)樵摲绞綗o(wú)需經(jīng)歷長(zhǎng)期的配子體世代而直接萌發(fā)成幼苗，這也大大縮短生長(zhǎng)周期，但由芽胞生長(zhǎng)至株高20cm的成株仍需5～10年。因此該現(xiàn)象表明無(wú)論植株源自哪種繁育方式，其較慢的生長(zhǎng)速率嚴(yán)重限制了植株數(shù)量和資源儲(chǔ)量的迅速增加，同時(shí)也不利于居群的擴(kuò)增。當(dāng)蛇足石杉居群遭遇破壞或環(huán)境發(fā)生改變，它的恢復(fù)將需要幾十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，也可能就此消退甚至滅絕。

是生長(zhǎng)速率過(guò)于緩慢可能是蛇足石杉出現(xiàn)資源危機(jī)的另一因素。Ma等[27]報(bào)道蛇足石杉需要15～20年的時(shí)間長(zhǎng)至成株，這表明蛇足石杉生長(zhǎng)十分緩慢。我們分析株高與葉層的關(guān)系發(fā)現(xiàn)二者呈明顯的線性關(guān)系，即隨葉層數(shù)增加株高逐年增加，增加幅度為2～3cm(圖3)。盡管不同樣地植株在同一生長(zhǎng)階段生長(zhǎng)速率差異(表2)，但平均年生長(zhǎng)量亦不超過(guò)3cm。而目前關(guān)于蛇足石杉配子體世代的研究尚處空白，這為確定由孢子萌發(fā)成孢子體所需時(shí)間帶來(lái)了困難。Whittier對(duì)其近緣種huperziaselago孢子培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，孢子萌發(fā)可能需要半年至1年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，因此蛇足石杉從孢子脫落至長(zhǎng)成20cm左右的成株確實(shí)要?dú)v時(shí)數(shù)年。盡管植株生長(zhǎng)緩慢未必是導(dǎo)致資源漸危的主要因素，但由于采集不斷增多，特別是對(duì)成株采集加劇，這嚴(yán)重影響植株生產(chǎn)以及產(chǎn)生孢子的數(shù)量與質(zhì)量，影響種群更新，從而導(dǎo)致居群萎縮，甚至消失。

3.3生境遭嚴(yán)重破壞和過(guò)度采集

海南樣地位于海南霸王嶺自然保護(hù)內(nèi)，為所調(diào)查樣地中保護(hù)最為完整，生態(tài)環(huán)境破壞最小的樣地，而其它樣地均遭到嚴(yán)重的破壞，如廣西樣地雖然也處自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，但該保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)樹(shù)木遭大量采挖，即使核心區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的樹(shù)木也常被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民暗中采集，這導(dǎo)致不少蛇足石杉居群生境遭遇破壞。此外，近些年廣西樣地干旱少雨的時(shí)間明顯變長(zhǎng)，這對(duì)于喜歡潮濕環(huán)境的蛇足石杉而言極為不利，特別是對(duì)孢子或芽胞的萌發(fā)極為不利。

重慶、貴州和江西樣地均為20年左右的人工林，原來(lái)的蛇足石杉居群肯定遭遇毀滅性破壞，在其林地經(jīng)歷十多年左右的時(shí)間恢復(fù)才適宜蛇足石杉生長(zhǎng)。不僅人工林，不少的原始林也遭遇不同程度的破壞，如調(diào)查發(fā)現(xiàn)廣西那坡德孚自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)樹(shù)木遭嚴(yán)重砍伐，核心區(qū)亦有少量破壞，這些現(xiàn)象已經(jīng)導(dǎo)致蛇足石杉居群片段化和種群萎縮。

20世紀(jì)80年代，自石杉?jí)A甲被分離出來(lái)以后，人們對(duì)該植物的需求迅速增加，采挖不斷加劇，使得本來(lái)儲(chǔ)量豐富的地區(qū)面臨資源枯竭的危險(xiǎn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)重慶、貴州、江西等地都有收購(gòu)該藥材的歷史，這加速了居群的萎縮。在所有居群中植株密度最高的為海南樣地8.6株/0.25m2，其次為江西樣地7.7株/0.25m2，最低的為貴州樣地僅為4.9株/0.25m2(圖2)，雖然這種密度也足以維護(hù)居群的繁衍，但若保護(hù)措施不到位，可能出現(xiàn)物種瀕危情況。在調(diào)查中我們還發(fā)現(xiàn)，除海南外其它樣地均有過(guò)該植物的采集歷史，特別是該植物被發(fā)現(xiàn)含有石杉?jí)A甲后，醫(yī)藥企業(yè)已經(jīng)多次在蛇足石杉集中分布區(qū)進(jìn)行了收購(gòu)，這也造成了野生資源迅速萎縮。如一些醫(yī)藥企業(yè)在江西樣地與2007年進(jìn)行了收購(gòu)，重慶樣地與2006年進(jìn)行了收購(gòu)，貴州樣地于2010進(jìn)行了收購(gòu)。由于當(dāng)前沒(méi)有成熟的培植技術(shù)應(yīng)用于蛇足石杉生產(chǎn)，因此蛇足石杉原料全部來(lái)自野生資源。

目前蛇足石杉面臨物種滅絕的危險(xiǎn)，根據(jù)珍稀瀕危物種等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，蛇足石杉為處于衰竭狀態(tài)的野生物種，盡管其分布較廣，但由于諸多原因其野生資源不斷減少。因此為保護(hù)該物種野生資源和生物多樣性，應(yīng)嚴(yán)格控制采收方式和采收數(shù)量，建立野生撫育和引種栽培基地，在全國(guó)范圍內(nèi)建立自然保護(hù)區(qū)，開(kāi)展繁育技術(shù)研究和規(guī)范化種植研究。特別是在孢子繁殖技術(shù)尚未獲突破前，選擇適宜地進(jìn)行野生服務(wù)，并利用芽胞這一營(yíng)養(yǎng)繁殖體以快速實(shí)現(xiàn)蛇足石杉種苗培育，保護(hù)野生資源。

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Population Structure and Resource Reducing Factors ofHuperziaserrata(Thunb.ex Murray)Trevis.in China

QI Yaodong2，WANG Deli1*

(1.Hainan-branch Institute of Medicinal Plant Development，Peking Union Medical College & Chinese Academy of Medical Sciences，Beijing 100193，China；2.Hainan Provincial Key Laboratory of Resources Conservation and Development of Southern Medicine，Haikou 571533，China)

Our study objectives were to elucidate the structures and the main renewal patterns of differentHuperziaserratapopulations in China and find some methods to protect the wild resource of this species.Otherwise，the optimal reproduction pattern of protecting the wild resources and plantation would be adopted in the future.In 2011，we investigated the populations in five fields of five provinces in China in order to ascertain the population structures，seedling origin，habitat factors，the reason of resources shrinking and others.The five provinces included Guangxi，Chongqing，Guizhou，Jiangxi and Hainan.In each field，25～63 quadrates were set up randomly.According to the investigation results，we analyzed the reasons why resources ofH.serratawere acceleratedly reducing，and the main renewal patterns were confirmed by comparing the sporeling propagations and gemmling’s in a populations.The factors those caused the wild resources to be shrinking were as following：low growth speed，spore dormancy，environment changing，destroyed habitat，extensive collection and so on.The plants grew 2～3 cm annually，and the spores spent several years to germinate.Besides，HN population had the different primary renewal pattern with other populations，and this was attested by the next data.The gemmlings accounted for 80.5% and the adult plants produced gemmaeaccounted for 19.1% in all plants of Hainan population.While in other populations，the proportions were lower significantly.Therefore，reproduce via gemmae was the main renewal pattern in Hainan population，while others were via spores.So the wild resources could be protected by cultivating gemmae.Besides，the other measures of protecting the resources should be carried out，such as studying on the technology of reproduction，reducing collection，protecting the wild habitat and others.

Huperziaserrata(Thunb.ex Murray)Trevis.;habitat;leaf layer;protection strategy;gemma

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81303159);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)(2011HNB01)

] 王德立，副研究員，研究方向：藥用植物栽培；E-mail：wdl101@sina.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.1.020

2016-04-29)

*[