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扇脉杓兰是具有观赏和药用双重价值的珍稀濒危植物,目前处于濒危状态。本文以重庆分布的10个野生种群为研究对象,对其种群数量生态学、生殖生态学、群落生态学以及形态性状的遗传分化等方面行了研究,以揭示扇脉杓兰濒危过程和致濒机制,并对其人工离体组织培养条件的优化开展了一些尝试性工作。
1三种群数量动态研究表明:个体数越多,种群内幼苗所占的比例越高,历史上各龄级间的波动幅度也越小,种群也就越稳定;扇脉杓兰种群存活曲线总体上表现为Deevey I型,幼苗期没有明显的环境筛过程,4龄级幼苗的存活率低,是受2006年的极端恶劣气候的干扰所致:Leslie矩阵预测表明,在未来16年内,强盗坪种群先少量减少,后稳定于182,另外两个种群都呈衰退趋势,不考虑密度因素;防止扇脉杓兰灭绝的种群最少个体数介于112~182之间;时间序列预测分析表明,扇脉杓兰在3个种群内都呈衰退趋势,种群个体数越多,其衰退速度越慢。总之,扇脉杓兰需要一定的个体数来低环境干扰下的数量波动,维持其种群内各龄级的动态平衡,避免进入衰退趋势。未来扇脉杓兰的分布范围将会进一步收缩,这种收缩是由小种群的灭绝引起的。
2扇脉杓兰生殖生态学研究表明,扇脉杓兰花期主要集中在4月初到5月上旬,开花个体分布式呈显著的偏斜曲线,雨季的提前来临会降低其坐果率;控制授粉试验表明,传粉限制是导致扇脉杓兰自然坐果率低的主要原因;扇脉杓兰种群生殖力表显示,除强盗坪外,其余2个种群都呈明显的衰退趋势;种群生殖值显示,扇脉杓兰在有性生殖上的投资极高,受自然条件的限制,其现实生殖力仅为其潜在生殖力的1%左右;生殖分配研究表明,进入性成熟后,扇脉杓兰生殖分配比例随年龄的增加呈逐步上升趋势,当到达最高点后再逐渐回落,扇脉杓兰个体生殖分配比例在11~15龄级间较高,其最高比例为13.7380%。
3对扇脉杓兰群落内15种常见植物生态位研究得出:扇脉杓兰在群落内以附属伴生种存在,在资源的利用上倾向于特化种,种间竞争中处于劣势地位;扇脉杓兰群落内多数种群两两之间,具有较高生态位相似比例和生态位重叠值,种间存在复杂的竞争关系;扇脉杓兰在资源利用上受其它物种的排斥较大,种间竞争是影响扇脉杓兰个体存活和种群扩大的一个重要因素。
4对扇脉杓兰种群空间结构分析表明,扇脉杓兰种群空间分布格局均为明显的集群分布,这一分布模式是其克隆分株特性的一种体现;大小不同的种群间聚集强度不同。总的来看,种群个体数量越多,聚集强度越小。种群的大小在一定程度上反映了其在群落内的竞争优势,个体数越少,受到的竞争排斥越明显,分株间隔距离越小,聚集强度也就越大。总之,扇脉杓兰空间分布格局是其生物学特性和种间竞争交互作用的结果。计盒维数表明扇脉杓兰构件群占据空间的能力较小,多数种群其计盒维数在1.0以下,计盒维数受种群构件数量和构件群的重要值影响较大,它们之间存在明显的相关关系。
5野生种群的形态分化研究表明,扇脉杓兰种群间存在明显的形态分化,这种分化呈现出地理隔离模式,即间隔距离越远的种群,其形态性状的欧式距离越远,两者呈显著的正相关。在金佛山自然保护区内的6个种群,被划分为明显的两个表征群,这两个表征群之间分布着多座山岭,因此这6个近距离群间的分化还受地形因素的影响,即天然隔离屏障的存在,致使它们向两个不同的分支进化。
6组织培养试验表明,扇脉杓兰最佳的外植体来源为茎尖1~2cm处,MS、1/2MS培养基作为扇脉杓兰原球茎诱导和增殖培养基效果最好,最佳的激素组合为1.Omg/L6-BA+0.5mg/LNAA;椰汁能够显著提高扇脉杓兰诱导率和增值率。适合扇脉杓兰生根诱导的培养基为1/2MS培养基和White培养基,BA能够增加株均根数、提高诱导根的质量和整齐性。
7种群个体数量过少是导致小种群退化的主要原因,而空间上相互隔离的小种群的相继灭绝是导致扇脉杓兰分布区变窄,种群数量变少的一个重要因素;花期内雨季的年际间不规则波动是继昆虫传粉外导致坐果率低的另一个重要因素;种间激烈的竞争关系是导致扇脉杓兰濒危的一个重要冈素;另外极端的气候变化也是导致扇脉杓兰种群数量变动的一个重要因素。
8原生境保护是扇脉杓兰保护的优先考虑对策,利用扇脉杓兰白花异花授粉坐果率高和单果荚种子数量超多的生物学特性,在种群内或异种群间进行人工授粉,通过增加坐果率来促进小种群的复壮;利用种间竞争理论,对草本层加以适当人工干扰,是促进扇脉杓兰种群复壮的一种有效尝试;对于那些生境破坏严重,植被恢复困难的种群以迁地保护为主,迁地保护区内,应尽可能多的涵盖不同种群来源的个体。利用组织培养技术扩充种群内各基因型个体、结合原生地回迁是防止小种群灭绝的一种有效方式:利用组培苗异种群间回迁是提高扇脉杓兰整个种群遗传多样性的另一种尝试;利用种质资源离体保存技术构建扇脉杓兰各种群遗传材料档案库是防止该物种遗传多样性丧失的的一个重要举措。