珍稀瀕危蕨類植物金毛狗的研究進展*

葉紅環(huán)，董 燕，韓見宇，任啟飛，袁茂琴，張 梅，黃鳳燕

(貴州省植物園，貴州 貴陽 550004)

金毛狗 [Cibotiumbarometz(L.) J.Sm.]，又稱金毛猴、狗青、百枝、金毛狗脊等，為蚌殼蕨科(Dicksoniaceae)金毛狗屬(CibotiumKaulf.)多年生大型樹狀陸生蕨類[1]，是重要的藥用植物[2]。又因其整個植株具有四季常綠的大型羽狀葉、雅致清新，且根狀莖和葉柄基部密被狀似伏地的金毛狗的金色茸毛，形態(tài)獨特，在觀賞方面具有較高的經(jīng)濟開發(fā)價值[3-4]。該科共5屬約40種，分布于熱帶及亞熱帶。其中金毛狗屬約20種，分布于熱帶東南亞至大洋洲、夏威夷及中部美洲。我國該科僅有金毛狗1種，云南、貴州、四川、廣東、福建、浙江、海南等省均有分布，生于海拔900 m以下陰濕溝谷邊的酸性土壤中[5]。雖然金毛狗分布范圍較廣，但由于生存環(huán)境破壞嚴重以及人為大量采挖等因素的影響，野生資源量不斷減少，已被《國家重點保護野生植物名錄(第一批)》列為國家二級保護植物[6]。本文主要從金毛狗的形態(tài)特征、孢子體及配子體發(fā)育、離體繁殖、遺傳多樣性等方面進行綜述，以期為該物種更有效的開發(fā)利用及科學(xué)保護提供參考依據(jù)。

1 金毛狗的形態(tài)特征

金毛狗根狀莖粗大，棕褐色，由表皮、皮層、中柱及髓構(gòu)成，表皮由細胞壁加厚的扁平細胞構(gòu)成，密被金黃色的節(jié)狀毛，皮層細胞中富含淀粉粒。根為不定根，結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為表皮層、皮層和中柱三層，表皮細胞排列緊密，向外突起形成根毛，皮層所占比例最大，中柱為原生中柱中的星狀中柱，木質(zhì)部位于中央，發(fā)育方式為外始式。葉片大，常為三回羽狀復(fù)葉，羽片由表皮、葉肉和中柱構(gòu)成，表皮外有角質(zhì)層；葉肉由排列疏松體積較大的薄壁細胞組成[7]。孢子成熟后為黃色，大小約為50 μm(極軸)×52 μm(赤道軸)[8]，孢子同型，近四面體形，呈輻射對稱，無周壁，近極面外觀為鈍三角形，有3條裂縫，縫長為孢子半徑的2/3，裂縫邊緣具脊狀紋飾[9]。

通過對重慶市7個相對集中金毛狗居群的43個形態(tài)特征的方差分析可知，葉、根狀莖等營養(yǎng)器官形態(tài)特征受環(huán)境因子影響大，產(chǎn)生的變異大，而繁殖器官孢子的形態(tài)特征受環(huán)境因子影響小，變異較小，可保證遺傳信息的相對穩(wěn)定[10-11]。其形態(tài)特征在個體和居群水平上均出現(xiàn)分化現(xiàn)象，但在個體水平上的分化較居群間居群水平上的分化明顯[12-14]。居群內(nèi)形態(tài)特征呈現(xiàn)小聚類群分化現(xiàn)象，但受土壤及喬木層透光率等因子的影響，與空間距離間的相關(guān)性不明顯[15]。

2 金毛狗孢子體及配子體的發(fā)育

金毛狗成熟孢子播種約7 d開始萌發(fā)，從三裂縫處伸出的原葉體細胞與初生假根垂直，無色透明，含少量葉綠體，孢子壁宿存于原絲體基部。通過觀察金毛狗配子體發(fā)育過程為由絲狀體、片狀體發(fā)育為心臟形的原葉體，其萌發(fā)類型為書帶蕨型。孢子萌發(fā)約40 d開始從原葉體腹面的兩翼下部、假根叢中及假根周圍產(chǎn)生精子器，直徑為44～51 μm。精子器形成后在原葉體腹面“U”形生長點的下方以及中肋區(qū)域形成頸卵器，直徑為58～62 μm?？稍谑芫?周內(nèi)觀察到突破原葉體的幼胚，之后可見幼孢子體[8，16-19]。使用2%NaClO對孢子消毒10～12 min，平均萌發(fā)率為91.25%，且培養(yǎng)基中鹽離子對孢子萌發(fā)影響小[20]。孢子體和配子體發(fā)育受紫莖澤蘭水提液化感作用影響明顯，主要表現(xiàn)為孢子萌發(fā)延遲、萌發(fā)率降低及抑制假根伸長，且抑制作用隨著濃度升高而增強，在根、莖、葉的水提液中，以高濃度葉水提液對配子體發(fā)育的抑制作用最強[21]，且孢子萌發(fā)和配子體發(fā)育易受金毛狗群落中伴生種影響[22-23]。外源赤霉素濃度影響金毛狗孢子萌發(fā)和配子體發(fā)育，當(dāng)濃度為0.01 mg/L時孢子萌發(fā)率、絲狀體形成率最高，且孢子萌發(fā)、原葉體形成和性器官出現(xiàn)的時間均最短[24]。此外，當(dāng)金毛狗孢子萌發(fā)形成原葉體之后，除大部分成簇狀生長，還有少部分明顯加厚，其中1個原葉體的兩翼邊緣形成3個無配子生殖芽體，最終形成無配子生殖組培植株。但通過無配子生殖獲得的植株個體、復(fù)葉及小葉比有性生殖植株小，且染色倍性為有性生殖植株的一半[8]。

3 金毛狗的離體繁殖

分株繁殖是蕨類植物的主要繁殖方式，其次是孢子育種[25]。分株繁殖具有繁殖周期短、遺傳性狀穩(wěn)定的特點，但是受分株數(shù)量的限制，無法在短時間內(nèi)獲得大量的新植株。孢子繁殖除繁殖量大外，還具有易操作、成本低等特點，但是易受季節(jié)和環(huán)境因素的影響。金毛狗對生境要求特殊，尤其是在土壤和光照條件方面的適應(yīng)能力較差，只有在腐殖質(zhì)土和遮陰60%以上的條件下才能生存[26]。孢子繁殖過程對原生境的土壤、溫度和光照3個自然因子具有較強的依賴性[27]。配子體和孢子體發(fā)育階段是孢子繁殖的關(guān)鍵階段，易受自然和人為因素的影響而導(dǎo)致繁殖率下降[28]。以其塊莖作為外植體，探究經(jīng)草木灰和NAA激素處理后分別在原生境腐殖土和MS培養(yǎng)基中的繁殖技術(shù)，結(jié)果顯示，原生境腐殖土培養(yǎng)基中以涂草木灰的效果較好，涂NAA激素的塊莖易產(chǎn)生霉菌，而MS培養(yǎng)基上目前無法進行金毛狗塊莖組織體繁殖[29]。分株繁殖時在切口處涂上草木灰，既能防止切口感染又可為塊莖的生長提供礦物質(zhì)[30]。以成熟孢子為外植體，誘導(dǎo)孢子粉萌發(fā)分化的最佳培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.5 mg/L+IBA 0.1 mg/L[31]。

4 金毛狗的遺傳多樣性

通過ISSR和SRAP分子標記法對分布相對集中的重慶縉云山、貴州赤水桫欏、四川長寧3個國家級自然保護區(qū)的金毛狗野生居群的遺傳多樣性分析結(jié)果顯示，金毛狗在居群和個體兩個水平上都具有較高的遺傳多樣性，且居群間遺傳分化較大及基因交流頻率低；居群的親緣關(guān)系與地理來源相關(guān)性不顯著，且從聚類結(jié)果上看，優(yōu)先聚集的是生境條件相似的居群[32-33]。伍蓮等采用AFLP技術(shù)對重慶市7個比較集中金毛狗居群的遺傳多樣性進行分析，結(jié)果表明，在居群水平存在明顯的遺傳多樣性，且通過聚類分析可看出居群間的遺傳距離受地理種源影響較為明顯，表現(xiàn)為地理種源近的居群間遺傳相似性高，遺傳距離小，反之，則遺傳相似性低，遺傳距離大[13，34]。

5 金毛狗的化學(xué)成分及藥用價值

金毛狗為重要的藥用植物，以根狀莖入藥為主，全年均可采收，但以秋末至冬季采挖的藥材質(zhì)量最佳，有補肝腎、強腰膝、除風(fēng)濕等功效，主治風(fēng)濕骨痛、腰背痿弱酸痛、半身不遂等病癥。其茸毛入藥是治療外傷出血的特效藥[35]。從其地上部分和根莖中分離得到的化學(xué)成分主要有蕨素類、萜類、黃酮類、芳香族、甾體、吡喃酮類等，主要功效有止血、抑菌、防治骨質(zhì)疏松、抗癌、保肝等[36-37]。目前，從其根狀莖中可提取多種多糖類物質(zhì)[38]，如(CBP70-1-1和CBP70-1-2)這兩種新多糖能夠促進骨的形成，其中CBP70-1-2還是一種潛在的天然抗骨質(zhì)疏松藥[39]。首次從其根莖分離得到的3(R)-去-O-甲基毛狄潑老素除了是前列腺素生物合成的抑制劑外，還抑制白血病細胞的生長[40]。采用柱色譜和高效液相色譜法首次從金毛狗脊中分離得到6-O-原兒茶?；?D-葡萄糖(新酚苷，命名為金毛狗脊苷D)、1-O-咖啡?；?β-D-葡萄糖、3-O-咖啡?；?D-葡萄糖、對羥基苯甲酸4個化合物[41]。金毛狗中總黃酮含量為0.796%，且富含多種人體必需的微量元素，如Ca、Fe、Mg、Ni、Zn、Mn、Cu等[42]，其中葉黃酮提取物具有較好的抗氧化性[43]。

6 展望

金毛狗為我國單科種植物，對生長環(huán)境要求嚴格，只有在處于西北和東北坡土壤含水量和群落郁閉度均較高、土壤為酸性的溝谷邊才能生長[44]。隨著金毛狗藥用、觀賞、食用等價值日漸凸顯為絕大多數(shù)人所知，人為私挖亂采現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致原生境破碎化和片段化，野生種群和個體數(shù)量急劇下降，已被列為國家二級野生保護植物。生境破壞嚴重和人為過度采挖是導(dǎo)致其處于瀕危狀態(tài)的主要原因，而并非遺傳因素。因此，加強瀕危植物金毛狗科學(xué)保護工作可從以下方面展開：(1)金毛狗對生長環(huán)境要求高，加大生境保護力度，才能在正常生長繁殖的情況下自然更新；(2)為保證金毛狗遺傳多樣性，以根狀莖、葉、孢子等器官建立資源種質(zhì)保存基因庫，尤其是以孢子保存效果最佳；(3)建立健全相關(guān)法律法規(guī)，加強瀕危植物知識的科普宣傳，增強當(dāng)?shù)匕傩盏谋Ｗo意識；(4)在保護好野生資源的基礎(chǔ)上探索出實現(xiàn)金毛狗優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的繁殖方式。