（植物学专业论文）珍稀濒危植物八角莲的保护生物学研究.pdf

摘要 八角莲为我国特有药用植物 已被列为国家三级濒危保护植物 本研究从长江中下游 选取了5 个八角莲居群和1 个六角莲居群 以六角莲为外类群 从保护生物学的角度 对 八角莲开展了生物学特性 形态学和遗传多样性等方面的研究工作 生物学特性主要研究 了八角莲的生活史和繁育特性 而遗传多样性则从等位酶和i s s r 两种分子水平分别进行 了研究 f1 八角莲生活史为8 个月左右 越冬芽从二月初开始破土出苗 进入营养生殖 花期 为2 月初至4 月底 l o 月初地上植株枯死 根状茎进入休眠期 其中 居群的生长节律 最早 s n 居群的节律最晚 基本上是海拔低的居群生长早 海拔高的居群生长晚 但与 其他居群不同的是 e m 居群的生活史非常特殊 一直到1 0 月 还有幼苗长出 全年都 有活的植株存在 2 八角莲的花在花苞未展开时 雄蕊和雌蕊便己成熟 说明八角莲的繁育系统为自花 受粉 八角莲座果率非常低 自然状态下 子房不膨大 人工异交后的子房有膨大现象 说明八角莲自交低育 有生殖障碍 八角莲还可通过根壮茎进行营养繁殖 3 八角莲各居群之间存在一定地形态变异 s n t p 两居群的茎基部颜色为紫红色 而 和e m 两居群的为绿色 t t 居群则两种兼有 t p 居群的叶片有花斑 而其他居群没 有 s n 居群的叶脉表面有毛 其他居群没有 八角莲和六角莲除花着生位置不一样外 花瓣的颜色和形态也存在差异 八角莲的 花瓣颜色为紫红色 而六角莲为红色 八角莲花瓣皱折 而六角莲花瓣平滑饱满 4 八角莲遗传多样性较低 居群遗传分化较大 八角莲等位酶的多态位点比率p 为 1 5 5 4 居群水平 每个位点等位基因平均数a 为1 1 6 f s t 的平均值为0 4 6 8 基于 i s s r 数据计算的多态位点百分率均为6 6 6 7 种群水平 基因多样性为0 2 0 8 9 s h a n n o n 多样性指数为o 3 1 7 2 基因分化系数g s t 为o 3 6 8 2 可见 i s s r 表现出的遗传多样性高 于等位酶 六角莲的遗传多样性高于于八角莲 等位酶的多态位点比率尸为5 5 6 i s s r 的多 态位点百分率均为7 0 8 3 基因多样性为o 2 3 8 3 s h a n n o n 多样性指数为0 3 5 7 6 5 八角莲和六角莲在遗传上已有有明显的分化 根据等位酶分析和i s s r s 结果构建 的系统树 相对于八角莲各居群 六角莲都单独分为了一支 6 从研究结果看 有三个方面的因素与八角莲的濒危有关系 一 人为对八角莲资 源的过度采挖及生境的严重破坏 二 八角莲自身较低的繁育能力 三 八角莲的遗传多 样性低 进化潜力和适应性较弱 7 八角莲的保护首先要加强现有资源和生境的保护 其次可以人工繁殖 扩大数量 同时还要对八角莲进行迁地保护 由于八角莲的居群遗传分化较大 迁地保护中应注意在 较多的居群中取样 全面保护其遗传多样性 关键词八角莲 保护生物学 遗传多样性 濒危植物 等位酶 i s s r s t u d i e so i lc o n s e r v a t i o nb i o l o g yo fd y s o s m a v e r s i p e l i s h a n c e m c h e n g z h o ux i n w e n l a b o r a t o r yo f s y s t e m a t i c a n d e v o l u t i o n a r yb o t a n y c o l l e g eo f l a r e s c i e n c e s z h e j i a n gu n i v e r s i t y h a n g z h o u 310 0 2 9 a b s t r a c t d y s o s m av e r s i p e l i s h a n c e m c h e n g i sa ni m p o r t a n t m e d i c i n a l p e r e n n i a lh e r b i ti sa l s o a l l e n d a n g e r e dp l a n tt h a t i sd i s t r i b u t e do n l yi nc h i n a f i v ep o p u l a t i o n so fd v e r s i p e l i sw e r e s a m p l e df r o mb o t ht h em i d d l e a n dl o w e rr e a c h e so ft h ey a n g t z er i v e rv a l l e yf o rc o n s e r v a t i o n s t u d y d p l e i a n t h a ac o n g e n e ro f dv e r s i p e l i s w a su s e da st h eo u t g r o u pf o rt h i ss t u d y i tw a s s a m p l e d f r o mo n e p o p u l a t i o ni nz h e j i a n gp r o v i n c e t h es t u d i e sw e r e c a r r i e do u tb yl i f eh i s t o r y a n a l y s i s b r e e d i n gs y s t e ma n a l y s i s m o r p h o l o g i c a la n a l y s i s a l l o z y m e a n a l y s i s a n di s s r a n a l y s i s t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 t h el i f e h i s t o r yo fnv e r s i p e l i s l a s t sf o re i g h tm o n t h s f r o mf e b r u a r yt o o c t o b e r f l o w e r i n g i sf r o mf e b r u a r yt oa p r i l t h eg r o w t hr h y t h mo ft h ej xp o p u l a t i o ni st h ee a r l i e s ta n d t h es n p o p u l a t i o ni st h el a s t w h i c hi so b v i o u s l yr e l a t e dt ot h ea l t i t u d eo f e a c hp o p u l a t i o n t h e l i f eh i s t o r yo ft h ee m p o p u l a t i o ni su n u s u a li nt h a tt h e r ea r ee v e r g r e e np l a n t st h r o u g h o u tt h e y e a rb e c a u s en e wp l a n t sw i l lg r o w o u tu n t i lo c t o b e r 2 t h es t a m e n sa n dp i s t i lo fdv e r s i p e l i sm a t u r eb e f o r et h ef l o w e r so p e n w h i c hs h o w s t h a td y s o s m av e r s i p e l i sm a yb ea u t o g a m o u s dv e r s i p e l i sp r o d u c ef e wf r u i t s o v a r i e so fd v e r s i p e l i s s e l d o md e v e l o pi nn a t u r e b u tw i l ld e v e l o pa f t e rb e i n gp o l l i n a t e dw i t hp o l l e no f a n o t h e r p l a n t a l l t h e s ef a c t o r si n d i c a t et h a t a u t o g a m y i sa p o o rs u a t e g y l e a d i n g t oa r e p r o d u c t i v eb a r r i e r d v e r s i p e l i sa l s or e p r o d u c e sb yv e g e t a t i v ep r o g a g a t i o n w i t hr h i z o m e s 3 t h em o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e ra n a l y s i so fdv e r s i p e l ii n d i c a t e st h a tt h e r ea r es o m e d i f f e r e n c e sa m o n g p o p u l a t i o n s t h ec o l o ro f s t e mb o t t o mi sp u r p l ei nt h es n p o p u l a t i o na n d t h e t p p o p u l a t i o n b u tg r e e ni nt h ej xp o p u l a t i o na n d t h ee m p o p u l a t i o n b o t hc o l o r sh a v eb e e n f o u n di nt h et t p o p u l a t i o n l e a v e so fa l lp o p u l a t i o n se x c e p tt pa r eg r e e n o n l yt p p l a n t sa r e c o l o r e d p u b e s c e n c ei sf o u n d o n l yi nt h es np o p u l a t i o no nt h es u r f a c eo f v e i n s d v e r s i p e l ia n dd ip l e i a n t h ad i f f e rn o to n l yi nl o c a t i o no ff l o w e r s b u ta l s oi nt h ec o l o r a n ds h a p eo ft h e i rp e t a l s t h ep e t a l so fdv e r s i p e l ia r ep u r p l ea n dr o u g h w h e r e a sd p l e i a n t h a h a sr e da n ds m o o t hp e t a l s 4 t h el e v e lo fg e n e t i cd i v e r s i t yw i t h i nd v e r s i p e l i si sl o wa n dt h el e v e lo fg e n e t i c d i f f e r e n t i a t i o na m o n gp o p u l a t i o n si s h i g h t h er e s u l t s o fa l l o z y m ea n a l y s i si s 尸2 1 5 5 4 a i 1 6 风f o 4 6 8 t h er e s u l t so fi s s ra n a l y s i si sp p b 6 6 6 7 h 0 2 0 8 9 i 0 3 1 7 2 g e n e t i cd i v e r s i t yo f l s s ri sh i g h e rt h a nt h a to f a l l o z y m e s g e n e t i cd i v e r s i t yo f d p l e i a n t h ai sh i g h e rt h a nd v e r s i p e l i s t h er e s u l to fa l l o z y m ei s p 5 5 6 t h er e s u l to f l s s ri sp p b 7 0 8 3 h 0 2 3 8 3 i 0 3 5 7 6 5 t h et r e eb a s e do nt h er e s u l t so f a l l o z y m ea n di s s rd a t as h o w st h a tdp l e i a n t h ai so n o n eb r a n c hd i s t i n g u i s h e df r o ma l lp o p u l a t i o n s o f d v e r s i p e l i s t h i si n d i c a t e st h a tt h e r eh a sb e e n d i s t i n c tg e n e t i cd i f f e r e n t i a t i o nb e t w e e nt h et w o s p e c i e s 6 i ti s s u g g e s t e dt h a t t h e r ea r et h r e ef a c t o r sr d a t e dt ot h e e n d a n g e r e ds t a t u s o fd v e r s i p e l i s t h ef i r s ti sh u m a nd i s t u r b a n c ea n dd e s t r u c t i o no fh a b i t a t s t h es e c o n di st h ei o w c a p a b i l i t yo f b r e e d i n g t h el a s ti si t sl o w l e v e lo f g e n e t i cd i v e r s i t y 7 i ti s p r o p o s e dt h a t t h eh a b i t a t so fd v e r s i p e l 捃s h o u l d b ep r o t e c t e d m e a n w h i l e n u m b e r sc a nb ei n c r e a s e db ya r t i f i c i a lp r o p a g a t i o n m o s tp o p u l a t i o n ss h o u l db es a m p l e ds oa s t or e t a i na sm u c ho f t h eg e n e t i c d i v e r s i t yo f t h es p e c i e si ne xs i t up r e s e r v a t i o na sp o s s i b l e k e yw o r d s d y s o s m av e r s i p e l i s c o n s e r v a t i o nb i o l o g y g e n e t i cd i v e r s i t y e n d a n g e r e d p l a n t s a l l o z y m e i s s r 致谢 本文是在导师傅承新教授的悉心指导下完成的 三年来 导师严谨的治学精神 平易 近人的为人 渊博的学识使我终生受益 导师在论文的选题 野外考察 实验和撰写过程 自始至终给予了精心的指导 值次论文完成之际 首先要向傅老师致以衷心的感谢 其次要感谢北京植物所的周世良老师 周世良老师悉心指导了本文的等位酶实验 其 精益求精的作风 真诚的为人深深地感染了我 让我终生受益 同时感谢植物所张大明和 葛颂两位老师所给予的指导和关心 在植物所的那段日子 成为我三年来最为难忘的日子 虽说比较短暂 但流金岁月的点点滴滴都将成为我人生永远的财富 我的师兄邱英雄老师从本文的实验到最终的文字定稿 给予了全面的指导 深表感谢 同时非常感谢美国纽约植物园的k e nc a m e r o n 博士在百忙之中对本文的英文摘要进行了 修改 还要感谢三年来实验室的丁炳扬老师 黄爱军老师 姜维梅老师 蒋金火老师在实验 和生活上给予的关心和帮助 实验的合作者李忠超同学 以及朱诚 梁步猛 吴斐婕 李薇 冉进华 翁玲 李江 峰等同学 在实验上给予我最直接帮助 真诚的感谢他们i 野外调查和采样过程中 得到了武汉大学生命科学学院郭友好 王青峰两位老师 重庆药物种植研究所刘正宇老师 湖南八大公山国家级自然保护区田连成管理员和郁大正 老师 湖北神农架国家级自然保护区的各位领导 江西九江师专方亮老师以及海刑当地居 民郑宝胜等人的帮助 在此表示深深地感谢 特别感谢我的师兄倪士峰和师姐李敏以及刘洪家老师在生活上给予的无私的关心 支 持和帮助 感激之情超出我的语言所能及 感谢曾经以及现在一起在这里工作和学习过的葛永奇 孔航辉 潘琦 应丽 汤娇雯 王艾丽 黄燕女 胡家琪等各位学友们 相聚虽短 但友谊长存 浙大文印社的刘红兰小姐对本论文进行了复印和装订 一并感访f 最后 感谢朋友和亲人 周新闻 2 0 0 2 年5 月2 0 日 杭州 塑 叁兰型型 堂丝堡塞 1 引言 生物资源足人类赖以生存的基本物质条斜 这类资源的合理持续利用 是人类社会长 期稳定和发展的保证 资源的丧失或由于利用不当引起的资源枯竭 必将产生严重的经济 损失 直接威胁人类的生存和发展 而正如r i c h a r db p r i m a c k 1 9 9 6 的书中所说 我 们正生活在一个动植物物种空前灭绝的时代 原因来自多方面 但其中最主要的是人为的 原因 人类为了 己之欲 对生物资源过度开发与捕杀 并污染了生物和自身生存所依赖 生境 造成大量的生物生境退化 毁灭 引发了生物多样性的迅速消亡 现在生态破坏 生物多样性的迅速灭绝已引起了全球性的关注 而生物多样性的保护工作也成为一项全球 性的任务 自从1 9 7 3 濒危动植物物种国际贸易公约 c i t e s 签订以来 国际上已经签 署了一系列国际公约来保护全球的生物多样性资源 其中最为著名 也最为重要的一个公 约便是1 9 9 2 年6 月在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上签署的生物多样性 公约 c o n v e n t i o no i 1b i o l o g i c a ld i v e r s i t y 生物多样性的保护也引起了我国的高度重视 先后出台了多种相应的保护法规 并于9 0 年代左右出版了多种重要的动植物保护名录 如中国植物红皮书等 而全球性的生物多样性保护的科学研究工作也迅速开展起来 并形 成了一门崭新的科学 保护生物学 祖元刚 1 9 9 9 1 1 保护生物学概述 保护生物学作为本世纪8 0 年代初起的一门综合性生物科学 虽然其基本含义说法不 一 但一般认为是应用科学来解决由于人为或其他因素引起的生物物种 群落及生态系统 出现的各种问题 其任务是为保存生物多样性提供科学原理和措施 季维智 1 9 9 5 生物 多样性是保护生物学的核心 所以首先要了解生物多样性的含义 1 1 1 生物多样性的概念 根掘联合国 生物多样性公约 生物多样性的定义是 生物生物多样性是指所有 来源的形形色色的生物体 这些来源包括陆地 海洋 和其它水生生态系统及其所构成的 i 念综合体 这包括物种内部 物种之间和生态系统的多样性 般认为有三个水平 即遗传多样性 物种多样性和生态系统多样性 有的学者认为生物多样性还有第四个水平 即最观多样性 陈灵芝 2 0 0 1 塑望查堂塑 堂垡堡墨 一 1 1 1 1 物种多样性 物种多样性是指有生命的有机体物种的多样化 物种多样性是生物多样性的最基本层 次 包括地球上整个空间的物种 从细菌 病毒 原生生物的种至多细胞的植物界 动物 界 和真菌界 据现今多种统计资料认为 已定名描述物种总数接近1 5 0 万种 而对全球 物种的估算 一般专家保守的估计位5 0 0 万或1 0 0 0 万种 祁承经 1 9 9 7 1 1 1 2 遗传多样性 广义的遗传多样性是指地球上所有生物所携带的遗传信息的总和 而狭义的遗传多样 性主要指种内不同群体之间或群体内不同个体的遗传变异总和 陈灵芝 2 0 0 1 遗传多 样性是从微观层次上讨论生物多样性 w i l s o n 1 9 8 8 认为 每个种都是一个巨大的基因信 息库 存于物种中的的遗传信息量巨大而奥妙 为保持遗传变异性长盛不衰 必须保存种 群个体足够的规模 以及种群个体一定的流动性 1 1 1 3 生态系统多样性 生态系统多样性是指生物圈内生境 生物群落和生态系统多样性以及生态系统内生境 的差异 生态过程变化的惊人的多样性 生态系统多样性是宏观层次上的生物多样性 物 种在自然界不是孤立存在的 每个物种的生存必然依赖特定的生态系统 全部生物多样性层次对于物种和自然群落的永续生存都是必需的 对于人类的生存也 是必需的 遗传多样性对于任何物种维持繁衍生命 抵抗疾病和适应变化都是必需的 物 种多样性为人们提供了资源和后备资源 而生态多样性也给人们提供了有益的服务 包括 洪水调控 控制水土流失 空气和水的净化等 生物多样性对于人类的重要性是保护生物学产生最为根本的原因 也是保护生物学的 重要意义所在 s o u l e 1 9 8 5 提出了保护生物学的两套经典的假定性原理 对保护生物 学的意义进行了系统的阐述 1 1 2 保护生物学的基本原理 1 1 2 1 功能性原理 s o u l e 提出的第一个原理为功能性原理 基本论点如下 认为构成生物群落的物种区系是经历长期选择 适应 协同进化的产物 任何一个种 或一部分种的丧失将导致一系列连锁后果 特别是关键种的命运更关系到整个群落的兴 塑坚叁堂堡 堂垡堡塞一 衰 足够大的空间范围是保持生态过程正常运行的条件 由于生态系统空间范围被分割 片断化 致使生态过程常处于临界状态 甚至中断 空间小型化使随机性增大 易受损害 系统的不稳定性增大 小种群导致遗传漂变 异质等位基因丧失 近亲繁殖会降低遗传异质性 导致种群衰 退 一般认为保护区面积偏小 具有与岛屿生物类似的局限性 即保护功能上的失衡与脆 弱性 1 1 2 2 伦理学原理 s o u l e 总结的另一套原理为伦理学原理 基本论点如下 生物多样性是好的 人类本性具有爱好多样性的 生物癖 事实上 在人类过去的 岁月里 一直是依赖着多种多样的资源和环境而生存下来的 一个种群和物种的过早绝灭 是坏事 保护生物学家并不惋惜作为自然现象之一的物种绝灭 自然绝灭过程可淘汰那些 不适应的物种 改良生物基因库 除了灾难性事件造成的灭绝外 自然灭绝并不会降低生 物多样性 因为在灭绝过程的同时 不断会有新的物种形成 有生有死 自然界正是处 在这样的动态平衡发展过程中 但是不幸的是自人类出现后 自然界中绝大多数的灭绝事 件是人为因素的灭绝 而这一灭绝速度大大超过了物种的自然灭绝速度 人为因素的物种 灭绝已成为威胁自然和人类生存的不利因素 生态复杂性是有利的 人选择大自然园林要胜于城市公园 因而单一化被认为是不利 的 进化是有利的 对进化的干扰是不利的 生命现象本身的存在和多样性是有利于进化 过程的 生物多样性具有其内在价值 不论它们是否有用处 破坏多样性都是不利的 保护生物学作为一门应运而生的科学 有着显著的自身特点 也有自己专一的研究内 容和研究方法 以下对这两点稍做介绍 塑兰叁兰堡 堂丝堡兰 一一 1 1 3 保护生物学的特点 1 1 3 1 是一门危机学科 保护生物学同其他生物学科有个重要区别 它是一门危机学科 对待危机学科的某些 问题 有时不得不在了解所有事实之前就要求作出决定 人们在实施研究时既要靠信息也 要靠自觉 因此又可说它是科学和艺术的结合 在日常生活中会遇到一系列的决策性问题 有时由于迫于形势 需要在比较勿忙的情况下作出决定 1 1 3 2 综合性和整体 陛 保护生物学与其他危机学科有着共同的特征 它是 1 7 多学科的综合性科学 包括自 然科学与社会科学 保护生物学和自然资源领域有许多重叠 保护生物学强调整体性研究 即必须从宏观层次上研究生态过程和进化过程 但又不能忽视对其组成部分开展研究 需 要多学科和多机构共同协作 1 1 3 3 长远 性科学 保护生物学的另一特征是 在时问尺度上 主要集中在物种及整个系统的长期生存能 力和进化潜力 不着重于谋求短期生产产量 利润和美学价值 而是重视物种 群落和生 态系统的长期生存力和进化潜力 1 1 4 保护生物学的研究内容和研究结构 当前 保护生物学方面较活跃的研究领域有下列几个方面 1 1 4 1 小种群生存概率 由于生境的异质性和个体扩散 形成了许多小种群 一个物种的命运最终取决于构成 该物种的所有小种群的命运 随着小种群内近交系数的逐代上升 遗传杂合性逐代降低 导致种群的适合度下降 最终导致小种群的灭绝 在迁地保护物种时 保存的种群大小涉 及到资金的投入和保护的效果 因此 物种的最小可生存种群应如何确定是一个热点问题 1 1 4 2 确定和保护生物多样 性热点地区 世界上物种最多的地区是热带雨林 珊瑚礁和热带湖泊 从全球来看 物种多样性以 赤道地区最高 位于生物多样性高的热带地区的国家多缺少保护所需的资金 如何保护这 塑垩查堂堡 兰些塑 些国家的生物多样性是一个现实问题 1 1 4 3 物种濒危灭绝机理 物种灭绝后的遗传损失大小与物种分类地位有关 当今生物多样性保护的着眼点是减 缓现有的物种的灭绝速率 特别是减缓那些单种科 单种属的灭绝 其次是研究防止那些 生态系统中的旗舰种 n a g s h i ps p e c i e s 关键种 k e y s t o n es p e c i e s 灭绝的措施 此外 从物 种生存的生物学机理和外部生态环境着手 探讨物种灭绝的可预防性 1 1 4 4 生境破碎问题 在这方面的研究热点有生境破碎的动态过程 生境破碎与生境异质性 生境斑块的隔 离程度 边缘效应与岛屿效应 生境斑块中种群生灭动态 生境斑块的微气候环境以及在 破碎生境中维持生物多样性的措施等 1 1 4 5 自然保护区理论 建设自然保护区时 保护区的位置 大小 形状 保护区之间的网络联系 怎样减少 自然保护区内的边缘效应和破碎效应 怎样建设自然保护区的生境走廊 怎样管理和利用 自然保护区等都是人们所关心的问题 1 1 4 6 立法与公众教育 制定生物多样性保护法律法规 规范全民保护生物多样性的行为 在普及自然野生动 物保护法知识 提高公众的生物多样性保护意识 总结少数民族利用和保护生物资源的经 验 进行生物多样性保护与持续利用宣传教育等方面 许多工作正在进行 保护生物学包括了植物保护生物学与动物保护生物学 而植物保护生物学在研究思路 和研究方法上又有一些自己的特点 1 1 5 植物保护生物学 植物保护生物学是针对濒危植物特点 应用植物学及其分支学科原理方法 阐明植物 濒危的内在机理与外在因素 提出解除濒危的策略与对策 但植物濒危的原因和机理十分 复杂 要探讨和阐明植物濒危的机理就必需有正确的指导思想 合理的研究思路和方案 有效的研究手段 随着学科的发展 其研究思路和研究方法已日益成熟 1 1 5 1 濒危植物保护的研究思路 1 1 5 1 i 以种群为单位 以群落和生态系统为背景 习 实上 物种稀有或濒危就是通过种群的缩小和种群数目的减少而表现出来的 种群 生态学和群体遗传学的理论和方法是研究濒危机制的重要手段 而二者均是以种群为基本 研究单位 同d j 在研究濒危机制时 决不能脱离物种所在的时空环境 包括时间环境 地 质和进化历史 物理环境 气候 土壤等 和生物环境 互助 伴生 竞争等 即以群落和 生态系统为背景 1 1 s 1 2 要把近缘广布种和濒危种的对比研究 抓住濒危的主要环节 植物濒危的机制来自物种内外两方面的因素 内外因素的共同作用往往是物种濒危的 主要原因 我们只有了解正常的现象 才能进一步发现和认识异常现象及其原因 故对濒 危物种近缘广布种的研究就更显重要 另一方面 尽管导致濒危的因素很多 不同类群 濒危的机制可以完全不同 但任何物种濒危的原因中都有一个或若干个主导因素 因此 在了解和掌握有关类群各方面资料的基础上 必须抓住制约物种生存和发展的主要因子和 环节 这样才能从根本上揭示物种濒危的机制 1 1 5 1 3 要进行多学科的参与和合作 正如生物多样性所要研究的问题一样 物种濒危机制也是呈多种多样的 这就决定 了我们研究濒危机制的方法和手段的多样性 我们必须依靠生殖生物学手段来了解濒危植 物从种子萌发到开花结实整个生活周期的生物学特点 依靠分类学和遗传学方法揭示类群 问的关系 进化历史和遗传多样性 依靠生态学方法来阐明种群的结构 动态以及植物与 环境之间的关系等 可以说 植物学各分支学科的研究手段和方法都是研究植物濒危机制 所不可缺少的 多学科方法的应用意味着各学科研究工作者的参与和合作 这是物种濒危 机制研究中一个极易忽视而又十分关键的环节 1 1 5 2 濒危植物保护的研究方法 1 1 5 2 1 种群生态学的研究方法 濒危植物最主要的特征就是种群数量急剧减少 地理分布范围连续收缩 种群生态学 首先可以阐明种群的地理分布范围 演化历史及环境因素和人类活动的关系 其次 阐明 濒危植物利 群年龄结构 分布格局 增长与消亡的趋势及速率 并对种群未来的动态趋势 进行有效预测 第三 阐明濒危植物种群适应对策和种内种间关系 第四 阐明种群各 器官生长 发育规律 终d t l 活史规律 各个生长环节 自身特点及环境对其影响 第五 浙江大学硕士学位论文 阐明濒危种群数量下降的原因 对濒危种长期的监测 统计分折澄清濒危的原因 提出保 护性措施 利 群生态学是保护植物的重要理论基础 它可以从生态系统的观点和全面的综 合性研究为濒危植物的保护管理提供科学依据 i 1 5 2 2 生殖生态学研究方法 生殖生态学是研究植物生殖和环境条件相互作用 相互适应关系的科学 内容包括植 物的生殖系统 生殖过程 生殖策略 生殖节律对环境的适应和在进化上的意义 对开花 生态学 传粉生态学进行研究 对大小抱子发育 受精胚胎发育的研究 对种子的形态结 构 生活 休眠 土壤种子库 萌芽成苗等进行研究 植物生殖生态学重要特点是以植物 生殖这一关键的生命过程为核心 把植物 动物及其他生物与非生物因素的相互作用 相 互适应关系有机地结合起来 深刻揭示与之相关的能量 信息 基因的传递规律 i i 5 2 3 遗传多样性研究方法 保护生物多样性其中一个重要任务是保护生物的遗传多样性 开展濒危物种的遗传 多样性研究不仅有助于了解物种的进化和适应潜力以及探讨物种濒危的机制 同时对物种 具体保护工作中如何采取科学有效的保护措施有重要的指导意义 中草药从某种角度讲 不能不说是中国的国粹 而对于人类而言 绝对又是大自然赐 予人类的最为珍贵的瑰宝之一 而正因为其无与伦比的价值所在 使之其成为我国被破坏 最为严重的资源之一 同时也成亟待研究和保护的对象 八角莲正是这样一种植物 为我 国著名的药用植物 己被列为我国三级濒危保护植物 1 2 八角莲研究概论 1 2 i 系统关系 八角莲 d y s o s m av e r s i p e l i s h a n c e m c h e n g 隶属小檗科 b e r b e r i d a c e a e 鬼臼亚科 p o d o p h y l l o i d e a e 八角莲属 现已更名为鬼臼属 应俊生 2 0 0 1 别名有江边一碗水 白金盘 独角莲 八角金盘 张虹 1 9 9 1 鬼臼亚科包含山荷叶属 d i p h y j l e i a 八角莲属 d y s o s t a a 足叶草属 p o d o p h y l j u m 桃儿七属 s i n o p o d o p h y u m 4 属1 5 种 其中山荷叶属3 种 y i n ge ta l 1 9 8 4 八角 莲属7 1 0 种 包士英 1 9 8 7 应俊生 1 9 7 9 湖北植物研究所 1 9 7 6 足叶草属1 种 应 俊生 1 9 7 9 桃儿七属1 种 马绍宾 1 9 9 7 我国是这类植物的分布中心与多样性中一0 塑婆查兰堡 堂些丝壅一 在4 属1 5 种植物中 我国分布有3 属1 2 种 在全部成员中 除日本山荷叶 口g r a y i 北美l i i 荷叶 口c v m o s a 及足叶草 p p e t a t u m 3 种外 其余的种在我国均有分布 并 且除桃儿七外 剩余的种都为我国所特有 八角莲属植物为多年生草本 是我国特有属 有学者认为贵州高原 尤其东部 川 西和华中 湘鄂西部 山地是其分布和分化中心 也可能是其发源地 应俊生 1 9 7 9 属 下有7l o 个种 应俊生于1 9 7 9 年对该属植物从经典分类学和本草学角度进行了较为全面的 考证和研究 将八角莲属下分为7 个种 即八角莲 口v e r s i j e l l i s 小八角莲 口d i f f o r m i s 六角莲 口p l e i a n t h a 贵州八角莲 口m a j o r e n s i s 西藏八角莲 口t s a y u e n s i s 云南八角莲 口a u r a n t i o c a u l i s j i 八角莲 口v e i t c h i i 在2 0 0 1 年出 版的中国植物志第2 9 卷中 八角莲属 鬼臼属 也只收录了这7 个种 此外 包士英 1 9 8 7 根据叶脉被糠秕状鳞片的性状从云南八角莲中分出了一新种 秕鳞八角莲 口f u r f u r a c e a 庄平等 1 9 9 3 根据叶裂和花瓣长度等形态性状又发表一新种 峨眉 八角莲 口e m e i e n s i s 和一新变种 长瓣八角莲 口v e i t e h i iv a r o n g i p e t a l i s 郑重 等 1 9 9 7 根据叶裂性状和同工酶谱带差异发表了一新种 幂uj 1 1 t 角莲 口l i c h u a n e n s i s 1 2 1 1 属间关系 在鬼臼亚科的4 个属中 山荷叶属是较为原始的属 它和其它3 个属存在着较大的隔 离 在历史上 八角莲属和桃儿七属都归属东亚 北美间断分布的足叶草属 w o o d s o n 于 1 9 2 8 年将八角莲从该属中分出 建立八角莲属o y s o s m a 应俊生于1 9 7 9 将亚洲的 p o d o p h y l l u me m o d i 从足叶草属分立成独立的属一桃儿七属 s i n o p o d o p h y l i u r n 对于 足叶草属 桃儿七属和八角莲属之间的系统演化关系还存在争议 有一种观点认为 足叶 草属和桃儿七属间有较为密切的亲缘关系 都是由八角莲属演化而来 李林初 1 9 8 6 应 俊生 1 9 7 9 h e n r ye ta l 1 9 8 9 但马绍宾 1 9 9 7 等人认为 分布于东亚的八角莲属 与桃儿七属是由分布在中国的中华山荷叶演化而来的 足叶草不是由八角莲属演化而来 而是由分布在北美的美洲山荷叶演化而来 八角莲属的某个种在喜马拉雅抬升过程中 逐 渐适应了高海拔寒冷与干旱的气候条件而分化出目前的桃儿七 桃儿七是 个由喜马拉雅 造山运动形成的物种 它的形成不会早于第三纪 因而是一个年轻的物种 1 2 2 2 属内关系 应俊生 1 9 7 9 从生态地理分布分析 认为川八角莲很可能为八角莲属较原始种 而 西藏八角莲 贵州八角莲 云南八角莲 六角莲等分布局限 可能起源较晚 仍处于分化 塑翌叁兰堡 兰垡堡兰 一 阶段 成俊生 2 0 0 1 苏应娟等 1 9 9 2 1 9 9 4 对湖北产八角莲 d v e r s i p e l l i s 六角莲 口p j e i a n t h a 小八角 d d f f f o 期2 i s l 和利川八角莲 d f 幽 日h 明s 括 几个种t 的叶表皮 茎叶器官结构解剖 花粉 扫拙和同工酶谱进行了比较研究 认为小八角蓬和利川八角莲处于较低的演化水平 八角 莲演化水平居中 六角莲演化水平最高 六角莲与八角莲 小八角莲 乌云伞的亲缘关系 较远 小八角莲 八角莲和利川八角莲的亲缘关系较近 李林初 1 9 8 6 张定成等 1 9 9 i 对该属的八角莲和六角莲的核型进行过报道 认为 八角莲较原始 六角莲较进化 1 2 2 生物学特性 1 2 2 1 形态解剖特征 八角莲为多年生草本 根状茎粗壮 横生 多须根 茎直立 性成熟前具l 枚茎生叶 性成熟具2 叶 互生 盾状 近圆形 4 9 掌状浅裂 花深红色 5 8 朵簇生于离叶基部 不远处 下垂 萼片6 伞形花序 蔟生状 着生于茎端 花瓣6 雄蕊6 花丝短于花 药 药隔先端急尖 子房椭圆形 花柱短 柱头盾状 花不具蜜腺 三沟花粉 较大 为 球形 扁球形或长球形 浆果 椭圆形 种子多数 中国植物志 2 0 0 马绍宾 1 9 9 7 苏应娟等1 9 9 4 苏应娟 9 9 4 研究表明八角莲的茎内维管束均为外韧型 数目多 大小不规则 呈 近散生排列 八角莲与六角莲仅从营养器官上很难区分 主要区别为伞形花序着生位置不同 八角 莲着生于离叶基部不远处 而六角莲着生在二茎生叶叶柄交叉处 中国植物志 2 0 0 1 中国高等植物图鉴 1 9 7 2 1 2 2 2 生活史 八角莲为多年生宿根草本 其根状茎通常在土壤表层l o c m 范围内 根系深度通常不 超过2 0 c m 秋季休眠后 在根茎的先端形成一枚由两层鳞片包裹的越冬芽 此芽常露出 地面2 3 c m 同时还有卜4 枚小芽常不萌动 先端冬芽于早春萌动 通过其基部的居间生 长将整个芽带出地面 形成地上部分茎 叶 花等器官 至秋季休h 民大约要经历8 1 0 个 月 通常低海拔区植株生育期较长 高海拔植株较低海拔植株物候期后移 而且 幼年植 塑翌查堂堡 兰些堡兰 株一年可以从根茎上先后萌发2 3 个芽 形成丛生状 花期3 6 月 果期5 9 月 庄 平 1 9 9 3 1 9 9 3 中国植物志 2 0 0 1 种子萌发的幼苗在5 6 年后性成熟 性成熟的植株在开花前一年的7 9 月间就已分 化出次年将要开放的花芽 但大小孢子尚未进行减数分裂 马绍宾 1 9 9 7 1 2 2 3 繁育特性 马绍宾 1 9 9 7 提到八角莲为白花授扮 可通过根状茎进行营养繁殖 但无实验验证 并认为其雄蕊较雌蕊长 花粉体积大等特征为自花授扮的特征 庄平 1 9 9 3 对蛾眉山八角 莲属植物进行了研究 结果表明 八角莲的花粉生活力 发芽率和自然结实率最高 通常 幼果期落果现象严重 动物和昆虫也可能危害幼果 通过根埋繁殖初步证明 根段成苗率 为5 0 但未对八角莲是否为自花授扮进行研究 黄国林 1 9 9 9 和张中齐 1 9 8 9 都分别成功的利用八角莲的根状茎完成了八角莲的 人工繁殖 黄国林的方法是在早春把八角莲母株根状茎按6 e r a 一段剪取 然后栽于苗床 繁殖 出苗率可达8 0 1 2 2 4 小孢子发育 黄衡宇 2 0 0 1 对八角莲小孢子发生和雄配子的形成进行了研究 结果表明小孢子母 细胞的减数分裂基本是同步的 但也有不同步的 不仅不同花药或同一花药不同的花粉囊 中的分裂不同步 就是同一花粉囊中的分裂也不同步 与山荷叶基本相类似 并发现大量 小孢子母细胞染色体发生粘合 不能进行正常的减数分裂以及单核和二核花粉时期的空瘪 花粉 1 2 2 5 核型 张定成等对八角莲和六角莲的核型进行了研究 二者染色体数目极恒定 均为2 n 1 2 均具四对中部着丝点染色体 一对端部着丝点染色体和一对近中部着丝点染色体 所 不同的是 八角莲在第3 对染色体的长臂上具次缢痕 而六角莲却在第1 对染色体的短臂 上具次缢痕 核型公式均为k 2 n 1 2 8 m 2 s a t 2 s t 2 t 均属于较对称的 2 a 但 六角莲核型的不对称性更大些 演化趋势是八角莲一六角莲 马绍宾 1 9 9 6 也报道t k 角莲的核型 在第l 对和第5 对染色体上具次缢痕 塑 垩查堂堕 兰垡堡兰 1 2 3 地理分布与生境 八角莲分布于我国藏东南一川西一秦岭一淮河以南海拔3 0 0 1 5 0 0 米山区 已知湖北 湖南 河南 四川 江西 安徽 浙江 广东 广西 云南 贵州 山西诸省均有分布 但每个地区的分布量不多 中国植物志 2 0 0 1 八角莲野外分布地区虽广 但数量较少 并严格要求亚热带山地森林生境 应俊生 1 9 7 9 常常局限生长在有机质丰富 酸性至中性 p h4 2 7 8 透水性好的土壤中 对湿度的要求较高 马绍宾 1 9 9 7 1 2 4 药用价值 八角莲根状茎入药 有较高的药用价值 主要含鬼臼毒素 p o d o p h y l l o t o x i n 槲皮 素 q u e r c e t i n 和山奈酚 k a e m p f e r 0 1 等多种有效化学成分 具清热解毒 抗毒蛇咬 伤之功效 鬼臼毒素有秋水仙碱样作用 可把细胞分裂周期阻滞在分裂前期 对组培的动 物的各种肿瘤以及移植动物肿瘤均有抑制作用 槲皮素和山奈酚有镇咳祛痰等作用 八角 莲已有注射液生产 为八角莲根和根茎粗粉制备的无色透明制剂 可以进行静脉滴注 有 消气化痰 解毒消肿 抗癌 抗病毒 保肝 免疫调节 镇咳祛痰和其他多种生物活性 l 临床主治跌打损伤 蛇伤及风湿关节痛 用于多种癌证 乙型肝炎 病毒性脑炎 流行性 腮腺炎 病毒症 带状疱疹 流行性出血热 各种疣类等 疗效颇好 近年来的研究表明 该属植物有抗癌活性 特别用于治疗食道癌 子宫癌 还可用于治疗气管炎 应用价值较 大 为我国重要的药用植物 1 2 5 资源状况 由于八角莲药用价值较高 多年来 滥挖乱采现象极其严重 加上自身生殖机制的限 制和荫暗潮湿的森林生境遭到人类强烈破坏 八角莲的栖息地面积逐渐缩小 造成分布片 段化 野外分布地区和数量