珍稀植物銀杉瀕危因素及種群擴大研究進(jìn)展

買凱樂，朱昌叁，馮立新，高照陽，劉 宏，覃 琨，蘇杰南，林上海

（1.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西珍貴鄉(xiāng)土樹種良種培育中心，廣西柳州 545004；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002；3.上海騫翮科技有限公司，上海 201109；4.廣西桂林花坪國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，廣西桂林 541700；5.廣西大瑤山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，廣西來賓 545700）

銀杉（Cathaya argyrophylla）為松科（Pinaceae）銀杉屬植物，為國家一級保護(hù)珍稀瀕危植物，是三百萬年前第四紀(jì)冰川殘留下來的裸子植物，為我國特有、世界珍稀植物，被稱為植物界的活化石、大熊貓。1955年，銀杉最早被發(fā)現(xiàn)于廣西花坪鎮(zhèn)；1962年，被確認(rèn)為新屬、新種[1-2]。銀杉主要分布于廣西、湖南、四川和貴州4?。ㄗ灾螀^(qū)）[3-6]。根據(jù)《全國極小種群野生植物拯救保護(hù)工程規(guī)劃（2011—2015）》，銀杉種群極小，數(shù)量不足5 000株，已被列入極小種群保護(hù)物種名錄。銀杉種群的研究和保護(hù)得到廣泛關(guān)注。

銀杉的研究和保護(hù)具有重要的社會價值，且對松科植物系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化的研究有重要的參考價值[7]。目前，已從銀杉生物學(xué)特性[8]、種群特征[6]和人工育苗[9]等方面進(jìn)行較系統(tǒng)的研究工作，探討銀杉種群衰退原因和育苗技術(shù)對于銀杉保護(hù)具有重要作用。該文從銀杉種群衰退因素及苗木繁育等方面進(jìn)行總結(jié)和分析，為銀杉種群的擴大和保護(hù)、苗木繁育提供參考。

1 影響銀杉種群衰退因素分析

1.1 生境破壞使種群規(guī)模減小

在新生代第三紀(jì)，銀杉曾廣泛分布于北半球的亞歐大陸；經(jīng)歷第四紀(jì)冰期，銀杉、水杉（Metasequoia glyptostroboides）和銀杏（Ginkgo biloba）等珍稀植物在沒有受到冰川影響的獨特環(huán)境中被保存下來[10]。

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，過去100多年間（1901—2012年），全球地表年平均氣溫升高0.89℃，全球地表年平均氣溫到21世紀(jì)末將升高3.0～4.8℃。全球氣溫升高對珍稀瀕危植物的分布范圍有較大影響[11]；全球氣候變化對銀杉生境有巨大影響，會使銀杉處于瀕危狀態(tài)?；贛axEnt模型和ArcGIS軟件，利用點位數(shù)據(jù)和當(dāng)前生物氣候因子及IPCC提供的冰期氣候數(shù)據(jù)模擬銀杉在冰期的適宜生境分布，預(yù)測未來2050和2070年銀杉的潛在適宜生境分布；結(jié)果顯示，宏觀尺度上，影響銀杉潛在分布的因素主要是氣候變化，表現(xiàn)在適宜生境的面積變化、生境轉(zhuǎn)移特征和質(zhì)心轉(zhuǎn)移；從過去到當(dāng)前，銀杉適宜生境面積減少0.92%；從當(dāng)前到未來，銀杉適宜生境面積呈先增加后減少的趨勢，但總體適宜生境占研究區(qū)域面積的比例很??；從過去到當(dāng)前，銀杉潛在適宜生境向高緯度地區(qū)轉(zhuǎn)移；從當(dāng)前到未來，銀杉潛在適宜生境主要向低緯度地區(qū)轉(zhuǎn)移；氣候變化對銀杉適宜生境的景觀指數(shù)影響主要表現(xiàn)為斑塊數(shù)量增加、斑塊密度增加和形狀指數(shù)變大，對分離度與聚散性影響較小[12]。從當(dāng)前到未來，銀杉生境呈零星化、破碎化分布[12-13]。

人為活動也會對銀杉生境產(chǎn)生影響。人為工程建設(shè)、旅游開發(fā)和過度墾荒等活動破壞銀杉原有的生境，使銀杉生境破碎化或面積變小，種群規(guī)模減小[14]，加速其瀕危程度。

1.2 生物學(xué)特性及動物采食使繁殖成功率低

銀杉為雌雄同株異花授粉植物，胚發(fā)育的過程與松屬（Pinus）植物胚發(fā)育的過程非常接近[15]。銀杉有性生殖周期較長，從胚珠原基形成到種子成熟歷時30個月，會遭遇許多不良生境，如梅雨、低溫等，使胚珠發(fā)育受到影響，種子結(jié)實量低[8]。銀杉雄球花少，比雌球花花期早10～15天；雌球花成熟時，花粉大部分已散失，花期不遇現(xiàn)象較多[16]。銀杉結(jié)實大小年現(xiàn)象明顯，座果率低，癟粒多[17]。銀杉球果成熟后，15%在樹上的球果被昆蟲、鳥類和哺乳類動物取食；落到地表的球果幾乎全被鳥類和鼠類取食，只有埋于土壤較深層（3 cm以下）的種子才能保留，種子存活數(shù)量極少[8]。天然銀杉種子萌發(fā)后，幼苗生長極其緩慢，生長質(zhì)量不高，幼苗、幼樹死亡率高，是銀杉種群自然更新困難的重要制約因素之一[16,18-19]。銀杉本身的生物學(xué)特性及動物捕食使其繁殖成功率低。

1.3 根際微生物數(shù)量制約個體生長

銀杉幼苗根系尤其是側(cè)根的生長對菌根有一定依賴[20-22]。邢樹堂[21]和孫雪[22]根據(jù)菌根學(xué)，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，在無菌條件下，將銀杉種子培養(yǎng)為無菌幼苗，再將空團(tuán)菌（Cenococcum geophilum）與銀杉接種，誘導(dǎo)出銀杉擬菌根結(jié)構(gòu)；結(jié)果表明，銀杉根際菌根可以促進(jìn)銀杉側(cè)根的生長，提高幼苗生長質(zhì)量。易思榮等[23]對自然銀杉群落中根際微生物的種類、數(shù)量及其與季節(jié)、海拔和土壤深度的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明，銀杉群落根際微生物的數(shù)量和類群與其他松屬植物相比，在不同海拔和不同季節(jié)顯著偏少，并隨土壤深度的增加而顯著減少，這可能是銀杉種子萌發(fā)、個體生長的制約因素之一。

1.4 種群遺傳多態(tài)性使瀕危風(fēng)險增加

銀杉的分布范圍窄，致使遺傳多樣性過低，對環(huán)境的適應(yīng)力低，進(jìn)化慢，進(jìn)一步提高了瀕危的風(fēng)險。Wang等[24]采用DNA標(biāo)記的方法，對湖南、四川的銀杉群落及銀杉的譜系地理進(jìn)行研究，結(jié)果表明，銀杉的遺傳變異水平低于其他針葉樹，銀杉群體無擴張，與群落中其他物種競爭時，優(yōu)勢極弱。銀杉種群長期隔離，群體差異變大，種群繁殖率低、成活率低，物種競爭力弱，種群遺傳變異水平低，限制銀杉種群的擴張[25-26]。

1.5 群中競爭使種群更新困難

銀杉對光的需求量大，在群落中，只有光照充足的條件下幼苗才有機會生長。銀杉幼樹進(jìn)入成年期，在群落競爭中處于不利地位[8]。謝宗強[27]和樊大勇等[28]對銀杉林林窗的研究表明，銀杉幼苗的生長在林窗內(nèi)和林窗邊緣均占優(yōu)勢地位；銀杉與群落中其他物種競爭時，逐漸處于劣勢地位，威脅其生存。銀杉幼苗與群落中其他物種相比，競爭力弱，幼苗生長受到壓制，是銀杉群落更新困難的制約因素之一。在植被自然演替中，像銀杉這樣更新困難的孑遺物種很可能將在群落的種間競爭中被淘汰。

1.6 群落分布特征使種群演化衰退

我國現(xiàn)存的銀杉主要分布于亞熱帶，但銀杉群落有很強的溫帶分布群落特征，銀杉群落處于脆弱的平衡中，銀杉與本地樹種混交，不能成為本地優(yōu)勢種和群落建群種，容易被灌叢或闊葉群落替代，加重物種滅絕演替[29-33]。

銀杉種群均表現(xiàn)為分布碎片化、島嶼化；種群小，甚至單株散生；年齡結(jié)構(gòu)不合理、徑階不連續(xù)，更替困難，出現(xiàn)衰退趨勢[34-36]。銀杉種群中0～40齡級的個體擁有光照條件和養(yǎng)分條件較好的林窗時，死亡率較低，銀杉在40～80齡級、80～120齡級死亡率達(dá)到高峰[37]，高齡級種群衰退不利于種群演化。

2 銀杉種群保護(hù)與擴大的對策和建議

2.1 加強就地保護(hù)，增強群落競爭力

極小種群野生植物因其分布地域狹窄、種群衰退嚴(yán)重及個體數(shù)量低于穩(wěn)定存活界限，是急需優(yōu)先拯救的重點保護(hù)瀕危植物。優(yōu)先保護(hù)極小種群野生植物有利于保護(hù)物種多樣性、維護(hù)生態(tài)平衡。就地保護(hù)是其保護(hù)的主要措施之一[37-38]，中國自然保護(hù)地總數(shù)量已達(dá)1.18萬個，總面積占陸域國土面積的18%[39]。廣西對銀杉的主要就地保護(hù)措施為建立廣西桂林花坪國家級自然保護(hù)區(qū)、廣西大瑤山國家級自然保護(hù)區(qū)，加強對銀杉的研究，進(jìn)行銀杉保護(hù)宣傳和教育等工作[40-41]。

針對上述影響銀杉種群更新的主要因素，可采用疏伐銀杉群落中的競爭樹種、開辟林窗和接種菌根菌等措施。

銀杉的天然更新方式是典型的林窗式更新，銀杉幼苗生長初期需要光照，成年樹生長需充足的陽光，林窗內(nèi)銀杉幼苗的高生長量明顯大于遮蔭樹冠下的銀杉幼苗?？砷g伐競爭樹種，建立適當(dāng)疏透度的林窗，減少林下郁閉度，創(chuàng)造有利于幼苗生長的微環(huán)境，促進(jìn)幼苗單株的存活[42]。利用林窗，開展目標(biāo)樹種補植。在銀杉天然或人工林中，利用天然或人工開辟的林窗，補植一定苗齡的銀杉壯苗，栽植基質(zhì)中添加營養(yǎng)物質(zhì)及補充菌根菌，與銀杉根系共生形成根系微環(huán)境，促進(jìn)林下補植幼苗的生長和成苗[43]，增加銀杉幼苗在群落中的競爭力。

在銀杉群落中，創(chuàng)造適合銀杉結(jié)實和生長的微環(huán)境。在銀杉天然群落中，銀杉原地保護(hù)是保護(hù)銀杉的主要手段，可選擇銀杉優(yōu)良母樹采種[44]，提高播種育苗成活率和結(jié)實率；加強銀杉幼苗病蟲害防治、根系接種菌根菌等，促進(jìn)銀杉樹體生長。

2.2 開展多樣化苗木繁育

苗木繁殖包括播種育苗和無性繁殖育苗（扦插、嫁接和組織培養(yǎng)育苗等）。

2.2.1 播種育苗

研究人員在廣西花坪、重慶金佛山和貴州大沙河開展銀杉育苗試驗，結(jié)果顯示，銀杉種子出芽率為90%[45]，3年生銀杉種子的成苗率為72.1%[46]，6年間幼苗存活率為63.3%[46]；播種育苗成活率較高。此外，即采即播的方式，幼苗成活率也較高[47]。銀杉種子具有休眠現(xiàn)象，對種子進(jìn)行短期干藏，再用濕砂層積處理或者激素處理，有利于提高出苗率[45]。以30 ppm 2，4-D、50 ppm萘乙酸或50 ppm激動素對銀杉種子浸泡24 h，銀杉種子發(fā)芽率可提高17.5%～22.5%[48]。適宜的溫度、濕度、無或少病蟲可以促進(jìn)銀杉發(fā)芽和生長[49]。陳崇征等[50]采用生態(tài)控制技術(shù)進(jìn)行有害生物防治研究，將銀杉瀕死率由9.5%降低到3.7%，健康率由42.4%提高到58.5%。對銀杉種子進(jìn)行合理儲存，對種子適度催芽，做好苗期幼苗撫育及病蟲害防護(hù)，降低銀杉幼苗、幼樹的死亡率，可提高苗木存活率和生長質(zhì)量，是促進(jìn)銀杉種群天然更新的必要手段。

2.2.2 無性繁殖育苗

無性繁殖指不需要經(jīng)過受精過程，由母體的一部分直接變成新個體的繁殖方式。黃正福等[48]和張祖榮等[9]以成年銀杉的1～2年生長6～12 cm、帶葉枝條作為插穗，經(jīng)清水浸漬及生長激素處理，以砂為扦插基質(zhì)，3個月后發(fā)現(xiàn)僅有少量插穗形成愈傷組織，鮮有生根。以銀杉1年生枝條為接穗，利用插皮接、切接、腹接和劈接等嫁接方法，以2年生或3年生濕地松（Pinus elliottii）為砧木，以16年生銀杉的1年生枝條為嫁接或高壓繁殖材料，嫁接成活率極低，高壓壓條繁殖經(jīng)近120天的培育，有愈傷組織產(chǎn)生并有少量根系生成，約20%成活[51]。在春季（4月），以1年生濕地松為砧木，采用嫩枝劈接，并對嫁接苗進(jìn)行2個半月的特別護(hù)理，當(dāng)年7月，嫁接成活率為17.4%[52]。銀杉扦插生根困難，嫁接成活率低，現(xiàn)階段不適宜作為保護(hù)和擴大種群的措施。

除扦插與嫁接外，無性繁殖技術(shù)還包括器官發(fā)生和體細(xì)胞胚發(fā)生技術(shù)。銀杉組織培養(yǎng)的研究主要集中在器官發(fā)生；利用銀杉的針葉、枝條、子葉和胚軸等外植體，以0.1%升汞（HgCl2）和酒精進(jìn)行消毒，種植在MS、LP和White等、pH值為5.5～5.8的培養(yǎng)基上，添加6～10 g/L瓊脂和30 g/L蔗糖及激素（6-BA、NAA和2，4-D等），培養(yǎng)溫度為26～27℃，可快速誘導(dǎo)組織培養(yǎng)幼苗[53-55]。大量快速誘導(dǎo)出的組織培養(yǎng)幼苗，可用來進(jìn)行林下補植、營造純林，擴大銀杉種群。體細(xì)胞胚發(fā)育是近年來林木繁殖的熱點，該技術(shù)主要利用林木的外植體如根、莖和葉等部位直接誘導(dǎo)胚細(xì)胞，培育成可萌發(fā)成完整植株（有根、莖和葉）的成熟胚[56]。體細(xì)胞胚胎具有雙極性、繁殖快和遺傳專一的優(yōu)點，適用于要保持母本優(yōu)良品質(zhì)、又難生根的松科樹種的一種很好的快繁方法。銀杉的體細(xì)胞胚發(fā)育與松科植物相近，可借鑒松科植物的體細(xì)胞誘導(dǎo)方法，采用未成熟胚、胚軸等作為外植體，采用改良的MS[57]、DCR[58]和White[59]等培養(yǎng)基，開展體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)、增殖和萌發(fā)等研究，完成銀杉體細(xì)胞胚發(fā)生及植株再生技術(shù)體系的建立。體細(xì)胞胚發(fā)育能為銀杉離體種質(zhì)資源保存、基因工程改造等提供參考。

2.3 加強宣傳力度

加強銀杉保護(hù)工作的宣傳教育力度和投入。作為地方的“熊貓植物”名片，加大對銀杉等瀕危植物保護(hù)工作的宣傳力度，利用公益廣告、短視頻平臺開展宣傳工作；借助生態(tài)科普教育基地、自然保護(hù)區(qū)等平臺，面向社會人員和學(xué)生開展銀杉的保護(hù)和宣傳教育活動；基于當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，開展一系列的科普、科研和教學(xué)等活動；開展生態(tài)定位監(jiān)測，及時向外界公開監(jiān)測進(jìn)度情況；公開研究進(jìn)展和結(jié)果，提高民眾的關(guān)注度、參與度[60]。

3 展望

自銀杉被發(fā)現(xiàn)以來，對其研究整體進(jìn)程為前期研究較快，后期研究緩慢。主要原因是銀杉種群小，僅在我國4?。ㄗ灾螀^(qū)）有少量分布，試驗材料珍貴，采集困難。因銀杉具有孑遺植物的特征，如不加以保護(hù)，該物種消失是不可避免的趨勢。建立瀕危植物的保育機制，擴大銀杉種群，建立成熟的育苗技術(shù)體系促進(jìn)銀杉種群更新是延緩或阻止銀杉滅絕的關(guān)鍵所在。隨著銀杉苗木繁育技術(shù)的發(fā)展，銀杉種群能實現(xiàn)天然更新和種群擴大，可作為優(yōu)質(zhì)木材和園林綠化觀賞樹種。