杜鹃红山茶保护生物学研究

2011/7/4 16:46:58

杜鹃红山茶(CamelliaazaleaWei)为我国特有的濒危植物，仅见于阳春鹅凰嶂自然保护区内。本研究通过种群生态学、繁殖生物学和遗传多样性等多途径的综合研究，揭示了杜鹃红山茶濒危的内在机制与外在因素，并开展了组织培养快繁技术研究。主要研究成果总结如下：
1．杜鹃红山茶群落位于溪流两岸，为以山茶科、茜草科和樟科等植物类群为优势的次生性常绿阔叶林。植物区系以泛热带成分为优势。
2．杜鹃红山茶种群小，以III和IV级植株为主，缺乏大树和幼苗，种群结构呈衰退型。杜鹃红山茶的生态位宽度中等，主要居于灌木层，并与灌木层优势种有较高的生态位重叠。
3．杜鹃红山茶具四囊型花药，腺质绒毡层；药壁发育为基本型；小孢子发育为同时型；小孢子四分体四面体形：花粉粒成熟时具二细胞；具双珠被的倒生胚珠，薄珠心；胚囊发育属双孢八核葱型。胚胎检测结果表明，杜鹃红山茶在大孢子发生及胚囊发育过程中，胚珠败育率达65％。
4．杂交指数(OCI)、花粉一胚珠比(P／O)和控制授粉试验结果显示，杜鹃红山茶的繁育系统为专性异交型，自交不亲和，为典型的虫媒传粉型植物。授粉试验结果还表明，自然授粉的结实率很低，人工异株授粉可有效提高结实率。野外观察发现，杜鹃红山茶在自然条件下子房败育率高达64％。杜鹃红山茶具有两型花柱，有利于接受异花花粉的L型花仅占20％，而易于产生白花授粉的M型花柱占76％。杜鹃红山茶的有效传粉昆虫主要为蝶类和蜂类，但昆虫的访花频率较低，这可能是导致自然授粉结实率低的主要原因。
5．杜鹃红山茶自然结实率低，土壤层种子少，林下实生苗贫乏。种子质量及活力检测结果显示，杜鹃红山茶饱满种子仅占调查总数的40％，其中有活力种子比例为73％。种子萌发试验结果表明，杜鹃红山茶新鲜种子的平均萌发率仅为38％。自然结实率低、种子质量差以及种子向幼苗的转化率低，直接限制了杜鹃红山茶种群的生存和发展，成为其种群更新的大瓶颈。
6．RAPD和ISSR分析结果表明，杜鹃红山茶遗传多样性较低。物种水平上的多态性位点百分率(PPB)分别为38．83％和55．29％，Nei’s基因多样性指数分别为0．1435和0．2191，Shannon多态性信息指数分别为0．2140和0．3215。杜鹃红山茶种群的绝大部分遗传变异存在于两个亚种群内，亚种群间的变异量很少，Gsr值分别为0．1242和0．0922。聚类分析的结果表明，杜鹃红山茶两亚种群间有较高的遗传相似性。
7．组培实验的结果表明，腋芽增殖是杜鹃红山茶异地繁殖的有效途径。以杜鹃红山茶种子在室内环境条件下萌发生长的实生苗为材料，切取带有腋芽的茎段作为外植体，可以实现种苗的快速繁殖。适用于诱导腋芽萌发及生长的培养基配方为：MS+BA1．Omg／L+IBA0．01mg／L+GA310mg／L+蔗糖2．5％，该培养基可使腋芽萌发率达到60％。适用于诱导芽条生根的培养基配方为：1／2MS+IBA1．Omg／L+活性炭0．5％+蔗糖1．5％，在接种前用10mg／L的IBA溶液浸泡芽条基部20-30min可以收到更好的效果。在诱导杜鹃红山茶胚状体形成时，以接近成熟或已经成熟的胚为外植体的培养效果最好。硫酸盐和硝酸盐的含量和比例对杜鹃红山茶胚状体再生植株具有重要影响，将胚状体转移到成分为MS+NH4N0310．31mmol／L+KN039．39mmol／L+K2S041．5mmol／L+BA2．0mg／L+IBA0．2mg／L+谷氨酸1．0mg／L的培养基上，可以取得比标准MS培养基更好的培养效果，胚芽分化率达到了8．3％。
8．综合以上研究结果，杜鹃红山茶濒危的内在机制有4点：1)大孢子的发生及胚囊发育过程中出现严重败育，造成大量不育种子的产生。2)自交不亲和性和花柱异长现象导致高子房败育率。3)传粉昆虫访花频率低导致自然结实率低。4)种子质量差，休眠期长，种子向幼苗的转化率低。杜鹃红山茶致濒的外在因素主要是人类活动的干扰和水电站的干扰。根据上述研究结果，我们对杜鹃红山茶提出了加强就地及迁地保护的措施，配合人工授粉和快速繁育技术研究，找出有效扩大种群的途径。

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