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生境片断化被认为是许多隔离的小居群生存的最大威胁之一。由于人类活动的干扰,秤锤树属植物的居群数量逐渐减少,居群严重片断化。本研究立足于片断化生境中秤锤树属植物的繁育系统、生殖成功状况、基因流以及居群遗传多样性的研究,同时评价迁地保护居群的杂交风险和花粉散布式样,旨在为评估物种的受胁迫程度、制订相应的保护策略、有效管理濒危植物迁地保护居群以及回归引种提供重要依据。
通过野外观察和人工授粉实验等方法,对片断化生境中濒危植物黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)的开花生物学和繁育系统进行了初步研究。黄梅秤锤树总状花序上通常有两性花2-6朵,单花花期约5-7 d,单花花药不同步开裂使整朵花花粉活力持续时间延长。虽然花开放过程中柱头始终高于花药,在单花水平上可在一定程度上避免同花自交的发生,但由于花粉活力和柱头可授期之间有一定重叠期,在自然情况下,由于外界媒介动物和风媒的作用,不可避免地会产生同株同花和同株异花传粉。实验结果表明,该种不存在无融合生殖现象,繁育类型以异交为主,部分自交亲和且需要传粉者。黄梅秤锤树自然状态下的结实率较低(10.33%),平均每果种子数较少(0.387个),这主要与传粉昆虫少、花粉传递效率低,以及柱头上自花及同株异花花粉的落置和自交亲和性低有关。
选择狭果秤锤树片断化孤立居群中的一块50×100 m的样地,采用8对微卫星标记对其小格局空间遗传结构和基因流进行研究。根据植物的生长或结实状态,将样地中所有的个体划分成3个年龄等级,即成年个体(208个),幼树(114个)和幼苗(136个)。不同生活史阶段狭果秤锤树的遗传多样性不存在显著差别。在19 m距离范围内,3个生活史阶段的狭果秤锤树都存在显著的空间结构。同时,历史和当前基因流分别为14.22 m和12.81 m,表明隔离的狭果秤锤树居群基因流距离较小。不同生活史阶段相对一致的空间结构可能是较高的成年个体密度、基因流限制等多种因素综合作用的结果。因此,在就地保护环境中,应该采取措施提高狭果秤锤树的花粉流和种子流。在采集种子进行迁地保护时,至少应该采集间隔19 m以上的成年个体的种子,以减少不同个体之间的遗传相似性。
使用8对微卫星标记研究了秤锤树属植物野外居群的遗传多样性,比较了成年个体和幼苗的遗传变异和遗传结构。结果表明秤锤树属植物的遗传多样性为0.530-0.846,幼苗遗传多样性参数(AR、Ho、HE)与成年个体没有显著的差别,而幼苗的近交系数(FIS)和遗传分化值(FST)大于成年个体。可能的原因是:1)幼苗具有较高的近交水平;2)杂合子高的后代适合度/纯合子低的后代适合度;3)成年个体不同生活史阶段的世代重叠:4)由于生境条件的恶化幼苗难以成长为成年个体。对于秤锤树属植物片断化居群的保护,提高生境质量和居群间基因流是必不可少的。
当植物在自然生境中难以生存时,作者有必要采用迁地保护的方法对濒危物种进行保护。迁地保护居群中的种间杂交风险可能会引发濒危物种回归引种的失败。在本研究中,作者以中国特有且野外灭绝的濒危物种秤锤树作为研究案例来揭示迁地保护居群存在的潜在杂交风险和花粉散布式样。在所研究的8棵秤锤树母本中有7棵的子代存在种间杂交问题,平均杂交种子率为32.7%。8棵秤锤树的249个后代中有93个个体分配的父本是狭果秤锤树,说明在迁地保护过程中发生了广泛的自发性杂交。迁地保护居群种内和种间的花粉散布式样不同(种内以短距离为主,种间以长距离散布为主)。平均有效授粉距离(6)与母树和分配父本之间的地理距离(d1和d2)不存在显著的相关性,表明地理距离不是造成迁地保护居群花粉散布受限的主要因素。种间花粉散布距离为10.0到620.1 m,平均为294.4 m。因此要降低遗传风险,就需要采取有效的措施,包括在迁地保护居群之间设立缓冲带、控制开花物候期、在回归引种之前检测种子的遗传完整性以及采取人工控制授粉等以确保种子的纯度。