金沙江河谷特有植物云南百部的濒危机制及其保护研究

来源 :云南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tananhua251
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云南百部(Stemona mairei(H.Lév.)K.Krause),是百部科百部属植物,为中国金沙江干热干暖河谷的特有种,也是当地传统的药用植物。云南百部的濒危等级最近快速评估被定义为近危(NT),但是其分布区狭窄,种群片段化现象明显,总分布面积有缩小趋势,对于云南百部的濒危情况还需要进一步的研究并进行准确评估。本文调查了云南百部的野外居群现状,推测其濒危原因,并且提出了濒危等级修改建议、保护策略等;确定了其分类地位,为后续工作奠定了基础;分析了不同居群的根部化学成分变化,探讨其化学成分是否受环境影响发生改变;对传粉者和种子传播者与云南百部之间的互作关系进行了研究,探索云南百部受威胁的可能原因,为保护云南百部资源,合理开发利用提供理论基础和技术指导。同时观察了百部科叶表皮微形态特征,探讨百部科植物的生境适应性及演化趋势。并为下一步的遗传多样性研究开展了微卫星引物筛选。主要结果如下:1.云南百部的分类界定通过对云南百部标本查阅及实地调查发现,不同产地的个体存在形态的差异,同一产地的不同个体也存在差异,同一植株上的叶形、花的颜色均存在差异,但这些过渡特征不是质量性状。对8个居群的表型性状,叶长、叶宽、叶长/叶宽、叶柄长、叶脉数、根长和根粗进行比较分析,发现其表型存在着丰富的种群间和种群内变异,种群间方差分量占总变异的44.69%,种群内的占29.19%,平均表型分化系数(VST)为60.65%。因此,依据对金沙江百部和滇北百部的模式标本产地永胜县期纳镇习朗村、涛源两地的野外居群与云南百部6个野外居群的表型性状测量分析及标本的观察和研究,建议将金沙江百部及其变种滇北百部处理为云南百部的异名,同时对云南百部的形态特征进行了补充描述。2.种群特征及濒危等级评估对云南百部的种群数量、分布范围(GPS、海拔、分布范围大小)、生境条件、生境伴生种、干扰情况等进行了调查和记录。目前,云南百部在野外共发现16个居群,总的分布区面积小于20,000 km2。部分居群间相隔距离较远,环境相对隔离,分布范围、占有面积和个体数量都出现减少趋势,生存面临威胁。在实地调查和标本查阅的基础上,根据IUCN物种红色名录濒危等级和标准(3.1版),我们对云南百部的濒危等级进行了重新评估,建议该种为易危植物VU B1b(i+ⅲ+v)+B2b。3.云南百部化学成分分析采集了8个居群的云南百部的根部,提取并用薄层色谱法和高效液相色谱法分离其化合物,通过色谱法与标准品对比、核磁共振和质谱法鉴定其结构,在9个样品中都能检测到原百部碱、异原百部碱和一个未知的原百部碱衍生物。此外,在9个样品中,有5个样品可以检测到stemofoline。在所有样品中都检测到抗氧化生育酚衍生物3,4-脱氢-δ-生育酚和3,4-脱氢-β-生育酚。结果表明云南百部含有百部碱类成分,可能具有潜在药用价值。研究发现云南百部在金沙江干热和干暖河谷的特殊环境中化合物成分的稳定性维持较好。4.云南百部繁殖生物学研究对云南百部的开花动态、传粉生物学特征和种子传播方式进行观察,云南百部花期为5-7月份,单花盛开时间持续约为4天。套袋和人工自花授粉不结实,表明自交不亲和并需要传粉才能结实。仅在一个居群(得荣羊拉大桥)观察到拟发表新种蜂虻Empidideicus sp.的传粉现象,该居群开花数量较大,蜂虻数量较多,有利于传粉,其自然结实率较高。但在其余几个居群,并没有观察到传粉者,其自然结实率较低,植株间相隔距离较远,成熟植株数量稀少,传粉者缺乏可能是导致云南百部种群较小的原因之一。观察到7种蚂蚁传播云南百部的种子,这七种蚂蚁的搬运距离从0.5 m-9.0 m不等。蚂蚁将种子搬运回蚁窝后,后面几天会持续丢弃出一部分没有油质体的种子,证明蚂蚁可能只取食油质体部分,表明蚂蚁可能是云南百部种子的散布者,并不捕食种子。5.百部科植物叶表皮特征及其分类学意义研究对百部科的4属30种植物利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察叶表皮微形态特征,如细胞形状及垂周壁式样、蜡质纹饰及气孔外拱盖的特征、气孔的大小及排列方式等。结果表明:垂周壁式样有深波状、浅波状和平直-弓形3种,叶表皮细胞形状仅有无规则形和多边形2种;表皮角质层纹饰微形态多样化,绝大多数物种的叶片表面不具有毛被,仅少数植物叶片上下表面具单细胞毛。气孔器主要分布在下表皮,仅Stemona prostrara,S.cochinchinensis,S.rupestris,S.pierrei和S.involuta五个种上下表皮均有气孔器。气孔形状有椭圆形和卵圆形2种,观察的30种植物气孔器类型均为无规则型。百部科叶表皮微形态特征在属间有一定差异,但在属内各种间没有明确的规律性,表明该类群应该是一个自然的单系类群。考虑到百部科的采样困难,在缺乏系统进化树的情况下,这些微形态特征可为探讨百部科不同种类的分类学、生物地理及其生态适应性意义提供部分新的证据。6.云南百部微卫星引物的开发与筛选选择同属对叶百部(Stemona tubeorsa Lour.)的材料进行转录组测序,得到34,138,022条Clean Reads,研究分析其转录组中的SSR位点,以期从中设计并筛选出可以在百部属间通用的引物序列,为云南百部下一步进行遗传多样性研究奠定基础。最终筛选出10对具有较高多态性的微卫星引物。综合本研究结果,表明云南百部较大居群如得荣羊拉大桥和伏龙桥居群有传粉者和种子传播者,其开花结实量高,植株数量较多,说明繁殖不是导致其濒危的主要原因。其余居群传粉者缺乏,植株间距较远,推测传粉者缺乏可能是导致云南百部种群小的原因之一。在云南百部的保护策略上,建议加强较大几个居群的就地保护,如得荣羊拉大桥、大理黄坪和宁蒗龙通索桥居群,保护好现存居群及其生境,使其种群不断恢复与发展。其余较小的居群应近地保护或迁地保护,以保护其种群延续与种植资源的保存,同时,迁地保护工作应当在多个居群间取样,尽可能的涵盖云南百部的遗传变异多样性。
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