景寧木蘭保護(hù)生物學(xué)研究進(jìn)展

徐建恩，石從廣，申亞梅，仇建習(xí)，李因剛，諸葛菲，周偉琴，楊偉麗

（1.麗水市蓮都區(qū)峰源林業(yè)工作中心站，浙江 麗水 323000；2.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；3.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；4.麗水市蓮都區(qū)生態(tài)林業(yè)發(fā)展中心，浙江 麗水 323000）

景寧木蘭Magnolia sinostellata為木蘭科Magnoliaceae 木蘭屬M(fèi)agnolia落葉灌木或小喬木[1]，其花期早、花型獨(dú)特、花色多變、枝葉扶疏，是優(yōu)良的花灌木，具有較高的科學(xué)研究和園林觀賞價值[2-3]。景寧木蘭于1984年首次在浙江景寧草魚塘分場被發(fā)現(xiàn)，并在1989 年被植物分類學(xué)家裘寶林和陳征海定名為木蘭屬新種[4]，是浙江特有種[5]，也是浙江省重點(diǎn)保護(hù)的瀕危物種[6]。因?yàn)榉N群數(shù)量稀少、分布區(qū)域狹窄和結(jié)實(shí)率低的原因，2012年，景寧木蘭被列入浙江省重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄（第一批）；2016 年，被國際植物園保護(hù)聯(lián)盟（BGCI）、動植物保護(hù)國際（FFI）和全球樹木專家組織（IUCN/SSC）等聯(lián)合出版的《木蘭科植物紅色名錄》修訂版（2016年3 月）列為瀕危植物（En）[7]。因此，為進(jìn)一步揭示景寧木蘭的瀕危機(jī)制，本文從分布特征、繁育系統(tǒng)、遺傳多樣性、逆境脅迫等方面綜述了景寧木蘭的保護(hù)生物學(xué)研究現(xiàn)狀，綜合分析當(dāng)前研究存在的不足和問題，并對今后的研究方向進(jìn)行了展望，為進(jìn)一步深入研究和保護(hù)景寧木蘭提供理論依據(jù)。

1 景寧木蘭研究進(jìn)展

1.1 自然分布及生境特征分析

景寧木蘭自然分布區(qū)極其狹窄，主要分布于浙江省景寧草魚塘森林公園、松陽牛頭山地區(qū)、麗水蓮都峰源鄉(xiāng)及溫州雁蕩山風(fēng)景區(qū)這4 個地區(qū)[3,8-10]。其中，松陽牛頭山區(qū)域內(nèi)的種群的株數(shù)最多，有250 株，在海拔1 000 m 以上成群分布；景寧草魚塘森林公園（景寧縣林業(yè)總場草魚塘分場）有130 株；麗水蓮都區(qū)峰源鄉(xiāng)約有70株，分布較為分散；溫州雁蕩山風(fēng)景區(qū)分布最少，僅發(fā)現(xiàn)5 株，并且各株之間距離較遠(yuǎn)。在麗水蓮都區(qū)峰源鄉(xiāng)葑垟村海拔968 m 處，發(fā)現(xiàn)較多數(shù)量的居群，主要分布于小溪邊；在峰源鄉(xiāng)尤源村海拔972 m 左右發(fā)現(xiàn)2 個居群，每居群約20 叢，長勢良好。2021 年，梅中海等[10]采用實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，浙江景寧草魚塘國家森林公園內(nèi)景寧木蘭分布于海拔950～ 1 250 m 的中高山區(qū)域，共發(fā)現(xiàn)有野生景寧木蘭群落7 個，計(jì)211 叢1 787 株。從4 個區(qū)域的具體分布看，景寧木蘭主要分布在浙南山區(qū)的北坡（陰坡），喜歡陰涼濕潤、水分充足的環(huán)境，多呈分散性分布，少有成群分布，垂直分布在海拔750～ 1 300 m 的區(qū)域。

對景寧木蘭生境群落特征的研究顯示，景寧木蘭多生長于光照充足的針葉林群落，在針闊混交林群落和闊葉林群落分布較少。周秀蘭等[8]的調(diào)查結(jié)果顯示，景寧木蘭群落主要分布于浙南中山的陰坡山溝或小溪邊，伴生植物主要為箬竹Indocalamus tessellatus，杜鵑屬Rhododendron、吊鐘花屬Enkianthus、櫟屬Q(mào)uercus植物和黃山松Pinus taiwanensis等。余澤智等[3]對景寧木蘭群落的空間結(jié)構(gòu)和物種多樣性的分析結(jié)果表明，景寧木蘭群落中喬木層、灌木層和草本層3 個層次間物種多樣性的差別不大，物種分布較為均勻，灌木層物種相對豐富，其主要分布區(qū)群落中，植物種類不多，物種豐富度和多樣性處于較低水平，結(jié)構(gòu)較為單一，容易受到外界干擾與破壞。由此推斷，群落結(jié)構(gòu)單一且不穩(wěn)定是導(dǎo)致景寧木蘭瀕危的重要因素之一。

1.2 繁育特性研究

景寧木蘭主要以蟲媒傳粉和自花授粉為主，但是由于景寧木蘭存在雌蕊后熟現(xiàn)象，因此多為異花授粉，景寧木蘭的傳粉媒介主要以蜜蜂等為主，然而，在自然條件下，景寧木蘭的自花授粉結(jié)實(shí)率僅為1.0%；自然條件下去掉花被片的結(jié)實(shí)率為4.0%；人工授粉處理的結(jié)實(shí)率為12.0%[11]。陳翔翔等[12]通過人工雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，花粉管可以生長至花柱，但是進(jìn)入花柱后，花粉管會出現(xiàn)扭曲，導(dǎo)致不能受精，影響胚發(fā)生，是導(dǎo)致景寧木蘭結(jié)實(shí)率低的直接原因。

植物受精成敗受花粉活力、柱頭生活力和環(huán)境溫度、濕度等影響。在自然條件下，花粉是遺傳信息的載體和交流工具，其生活力直接影響植物授粉受精乃至座果[13]。研究表明，培養(yǎng)基中添加5%蔗糖和0.01%H3BO3有利于景寧木蘭花粉萌發(fā)，花粉的萌發(fā)率最高可達(dá)93.96%[14]，在30 g·L-1蔗糖、200 mg·L-1H3BO3+200 mg·L-1CaCl2的液體培養(yǎng)基上花粉的萌發(fā)率可達(dá)74.56%[15]，且研究進(jìn)一步顯示，新鮮花粉活力顯著高于干燥及冷藏處理的，但在室溫下花粉生活力喪失較快，4℃低溫相對于常溫可使花粉具有較高生活力，但延長花粉活力時間有限（延長10 d 左右），而更低溫（-20℃和-80℃）有利于花粉生活力的保持。

1.3 遺傳多樣性分析

一個物種的長期生存，依賴于其居群內(nèi)和居群間足夠的遺傳變異以適應(yīng)不斷變化的生境條件。WANG 等[16]發(fā)現(xiàn)景寧木蘭在原生地不同居群間具有較為豐富的遺傳多樣性，其中景寧居群、松陽居群與蓮都居群間的遺傳多樣性差異不明顯，而雁蕩山居群的遺傳多樣性水平較低，4 個分布區(qū)均出現(xiàn)一定程度的遺傳漂變，居群間遺傳分化現(xiàn)象嚴(yán)峻，對其授粉、結(jié)實(shí)和種群更新造成一定影響，從而進(jìn)一步解釋了景寧木蘭瀕危的主要原因。

在與其他木蘭屬物種親緣關(guān)系比較結(jié)果顯示，運(yùn)用ISSR 分析比較時，景寧木蘭與天目木蘭M.amoena的遺傳距離最近，親緣關(guān)系也最近[17]；運(yùn)用AFLP 分析結(jié)合形態(tài)分析結(jié)果支持將景寧木蘭、天目玉蘭與望春玉蘭M.biondii同歸為望春玉蘭組Sect.Buergeria[18]；運(yùn)用EST-SSR 標(biāo)記分析結(jié)果表明，可以將玉蘭亞屬Subgen.Yulania材料分為白玉蘭Y.denudata類群和望春玉蘭類群等4 個類群，進(jìn)一步證實(shí)了景寧木蘭和天目木蘭親緣關(guān)系較近，被歸入望春玉蘭類群[19]。

1.4 非生物環(huán)境因子對景寧木蘭脅迫的影響

景寧木蘭產(chǎn)于浙江，且多分布于針葉林群落下層或北坡溝谷附近，零星分布于針闊混交林群落、常綠闊葉林群落與毛竹Phyllostachys edulis林單優(yōu)群落[9]。但俞芹等發(fā)現(xiàn)，景寧木蘭屬陽性植物，實(shí)驗(yàn)期內(nèi)幼苗對水分脅迫不敏感，也適應(yīng)一定的遮陰環(huán)境，且適當(dāng)?shù)恼陉幠艽龠M(jìn)其生長[20-21]。但在景寧木蘭生殖發(fā)育過程中，需要一定的光照才能促進(jìn)其開花結(jié)果。而在野生環(huán)境下，上層喬木的遮陰可能是限制其生長發(fā)育的重要因子[22]。因此，陸丹迎等[23]采用成年的景寧木蘭為研究對象，通過模擬自然遮陰條件處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)9 個MsPIFs 家族基因表達(dá)均發(fā)生不同程度的變化，其中MsbHLH23 基因的表達(dá)變化較其他基因更為明顯，在遮陰處理5 d 和10 d 時，MsbHLH23 基因的表達(dá)量上調(diào)，分別為對照的52.77 與20.03 倍，且隨著處理時間的延長，其激素水平呈現(xiàn)了相應(yīng)的變化。由此說明上層喬木遮陰抑制了景寧木蘭的生長發(fā)育，從而限制其種群更新復(fù)壯。

以上研究結(jié)果顯示，景寧木蘭性喜溫涼濕潤、水分充足的環(huán)境，但隨著全球氣候變暖，極端氣溫頻繁發(fā)生，高溫環(huán)境嚴(yán)重影響著植物的生長。劉璐[24]以景寧木蘭分蘗苗為研究對象，采取高溫脅迫處理，結(jié)果表明，隨著脅迫的增強(qiáng)，光合特性以及酶活性等發(fā)生變化，如葉片中碳同化酶類如1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶Rubisco、果糖-1,6 二磷酸酶FBPase、蔗糖磷酸合成酶SPS 的活性，并影響了景寧木蘭葉片中糖類物質(zhì)的運(yùn)輸和分配，使蔗糖、葡萄糖、果糖含量降低，淀粉積累量增加，以應(yīng)對高溫脅迫產(chǎn)生的傷害，但是在高溫持續(xù)48 h 時，景寧木蘭出現(xiàn)嚴(yán)重的脅迫現(xiàn)象。

綜上表明，與木蘭科其他植物類似，景寧木蘭對逆境有一定的適應(yīng)性，遮陰、積水和高溫脅迫觸發(fā)了相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)，增加葉片內(nèi)抗氧化酶活性，增加葉綠素合成，提高凈光合速率，使得景寧木蘭在遭遇非極端逆境下也能維持正常生長，這為景寧木蘭的引種栽培和在城市中的推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

2 景寧木蘭研究中存在的問題

2.1 涵蓋的生活史階段不全面

就生活史階段來說，以往的研究主要集中在景寧木蘭種子和幼苗階段，雖然已有研究開展了景寧木蘭生物學(xué)特征[1-2]、生長節(jié)律和物候期[2,11]、繁殖器官特征[11,25]、花粉活力[13-15]、傳粉特征和自交親和性[12]等方面的研究，并以此推斷出可能的瀕危原因和保護(hù)對策，但有關(guān)景寧木蘭雌雄配子體發(fā)育和胚胎發(fā)育過程的研究幾乎空白，需要從生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)和解剖學(xué)的角度深入研究景寧木蘭成年植株開花多但結(jié)實(shí)率低、種子萌發(fā)率低的原因。建議今后研究可通過長期監(jiān)測景寧木蘭，重點(diǎn)關(guān)注小苗至成年灌木階段生活節(jié)律、成活率等參數(shù)與環(huán)境的關(guān)系。

2.2 種間互作研究匱乏

目前，有關(guān)景寧木蘭的研究主要針對其個體或種群，針對景寧木蘭群落的研究仍較少[3,9]。關(guān)于景寧木蘭與其他植物的競爭、與動物（尤其是昆蟲）和微生物的互作如何影響景寧木蘭在群落中的生存和繁衍的研究更是少見報(bào)道。余澤智[3]的調(diào)查顯示，景寧木蘭群落所處的演替階段不同，所在群落的空間結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種和物種多樣性會有很大差異，但是對于群落中的優(yōu)勢種如何與景寧木蘭互作、群落物種多樣性對景寧木蘭的生長和繁殖到底有什么影響等關(guān)鍵問題仍然知之甚少。

2.3 無性擴(kuò)繁技術(shù)不夠成熟

盡管景寧木蘭的扦插和嫁接技術(shù)取得了成功[26-28]，且可以應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中，但景寧木蘭作為瀕危植物，可供扦插和嫁接的穗條有限，導(dǎo)致了其不能通過扦插和嫁接實(shí)現(xiàn)大規(guī)模無性擴(kuò)繁。

根孽萌芽方面，目前僅有相似種星花木蘭M.tomentosa的相關(guān)報(bào)道，TAMAKI 等[29]對星花木蘭所在的暖溫帶次生林樣地所有植被進(jìn)行凈伐，發(fā)現(xiàn)部分星花木蘭植株在采伐后第二年萌發(fā)出花蕾，第三年春季和夏季開花結(jié)果，推測星花木蘭具有較強(qiáng)的萌蘗能力。組織培養(yǎng)方面，王靚穎等[30]從外植體類型的選擇、消毒時間、預(yù)處理方法、離體培養(yǎng)條件和抗褐化劑類型選擇等方面進(jìn)行研究，篩選出景寧木蘭組織培養(yǎng)的最佳方案，但不論何種外植體，在繼代培養(yǎng)過程中均存在較嚴(yán)重的污染和褐化現(xiàn)象，阻礙了組織細(xì)胞的分化，雖然通過外植體消毒和添加抗褐化劑能減緩污染和褐化，但組培僅局限于初代和繼代培養(yǎng)，距離誘導(dǎo)愈傷和生根還有不少問題需要解決。郎校安等[31]發(fā)明了一種景寧木蘭腋芽組織培養(yǎng)的繁育方法，此發(fā)明所提供繁育方法可加快景寧木蘭的繁殖速度，且得到的景寧木蘭移栽苗木能保持母種特性，但縱觀專利的權(quán)利要求書，發(fā)現(xiàn)景寧木蘭帶腋芽莖段經(jīng)過初代、繼代和生根培養(yǎng)，直接從腋芽生長成幼苗，沒有涉及到誘導(dǎo)愈傷和增殖培養(yǎng)，不僅外植體的選取范圍有限，而且繁殖系數(shù)較低，無法滿足生產(chǎn)實(shí)際中的大規(guī)模無性擴(kuò)繁。因此，還需對景寧木蘭的無性繁殖技術(shù)特別是組織培養(yǎng)和根孽繁殖做進(jìn)一步研究，以滿足實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模無性擴(kuò)繁的需要。

3 小結(jié)和展望

綜上所述，國內(nèi)外專家學(xué)者已經(jīng)從天然分布特征、繁育系統(tǒng)、遺傳多樣性、逆境脅迫等方面對景寧木蘭作了廣泛的研究，這些研究很好地展現(xiàn)了景寧木蘭的種群生態(tài)學(xué)、繁育系統(tǒng)、分子生物學(xué)和逆境生理學(xué)特征，揭示了景寧木蘭種群的瀕危原因。本文通過梳理，總結(jié)出3 條導(dǎo)致景寧木蘭進(jìn)入瀕危狀態(tài)的主要原因：首先，花粉進(jìn)入柱頭后存在受精障礙導(dǎo)致景寧木蘭自交不育或少育（結(jié)實(shí)率低）；其次，景寧木蘭群落結(jié)構(gòu)單一且不穩(wěn)定，易受外界干擾和破壞；最后，群落所形成的遮陰削弱了景寧木蘭幼苗的生長勢。在后續(xù)的研究中，需采用綜合技術(shù)手段，長期監(jiān)測原生境中景寧木蘭種群的動態(tài)變化，進(jìn)而通過多學(xué)科交叉深入研究景寧木蘭的瀕危機(jī)制，為景寧木蘭的保護(hù)和繁育提供理論依據(jù)。