濒危植物白桂木的濒危机制与迁地保育研究

论文摘要

白桂木（Artocarpus hypargyreus Hance）是桑科（Moraceae）波罗密属（Artocarpus）常绿乔木。由于白桂木野生种群数量日渐减少,很多白桂木种群呈单株散生的间断分布,林下幼苗少见,种群呈衰退趋势,被列为国家三级濒危保护树种,因此进行白桂木的保护生物学研究,揭示白桂木濒危的原因和内在机制,保护和恢复白桂木资源已成为当务之急。有鉴于此,本文通过对福建不同白桂木天然林资源的全面调查,分别从种群生态学、生殖生态学、遗传多样性和繁殖生物学角度研究白桂木的生殖物候、繁育系统、生殖构件分布、种子特性及种子萌发生理、土壤种子库储量、种子分布规律、种子散布格局、群落结构特征、种间关系及遗传多样性特征,据此揭示濒危植物白桂木的濒危机制。在此基础上,分别从种子繁殖、扦插繁殖和组织培养途径对白桂木的迁地保育技术进行系统研究,筛选可供生产上应用的白桂木迁地保育技术。主要研究结果如下:1、白桂木的杂交指数为5,表明白桂木的繁育系统是异交,部分自交亲和,需要传粉者,其花粉胚珠比（P/O）约为1248,属兼性异交类型;用重力玻片法确定白桂木是以风媒方式传粉;物候观察表明白桂木的开花属于同步发生花期,以同时大量开花并进行自花授粉的形式来保障生殖成功。生殖构件研究表明白桂木80%以上的雌花序分布于树冠上部,约70%的雄花序分布于树冠下部,单果结种率低,最高为15.5%。2、白桂木种子特性研究表明:白桂木种子千粒重为98.37g,种子横径一般在0.32～0.41cm之间,纵径一般在0.65～0.75cm之间,种皮棕褐色,胚白色,胚芽很小;白桂木种子质量差,有生活力种子仅占40.1%,空粒和腐烂粒占的比例较大,分别达32.5%和12.0%;白桂木种子有后熟现象,随采随播种子的发芽率只有4.5%,在自然环境下发芽率低,经预处理的种子发芽率也只有10.6%,经过高温高湿层积处理可解除种子休眠,大大提高白桂木种子发芽率,实验室发芽率可达70.6%,场圃发芽率可达68.6%。3、白桂木种子萌发生理研究表明:白桂木果皮含有抑制物质,是造成自然状态下种子发芽率低的一个原因;种子萌发过程中过氧化物酶、过氧化氢酶和脱氢酶等与种子萌发有关的酶活性变化不大,用300mg/LGA3溶液浸种能有效提高白桂木种子酶活性,显著提高种子发芽率。4、白桂木土壤种子库的研究表明:白桂木天然林土壤种子库种子储量少,最大储量为31.9粒/m2,约80%的种子储存于枯枝落叶层中,其土壤种子库的散布格局具有明显的集群分布特征,种子几乎全部分布于冠幅范围内。5、白桂木种群结构与动态研究表明:白桂木种群的年龄结构呈现出幼龄个体数少、中老龄个体数量大、种群呈衰退的趋势。种群存活曲线接近DeeveyⅡ型,种群在Ⅴ-Ⅵ龄级死亡率最高,Ⅵ龄级以后死亡率平稳,这是幼龄个体数量少、中老龄个体数量多濒危植物种群的一个显著现象;6个聚集度指标对白桂木种群空间分布格局的测定具有良好的一致性,白桂木种群整体上呈聚集分布。6、应用X2检验和AC测定值分析白桂木与群落中其它树种种间联结性研究表明:白桂木无论是与乔木树种还是与灌木树种均不存在显著关联。白桂木只是群落中的伴生种或偶见种,由于生境或自身原因,在现有的环境条件下不能成为该群落的建群种或优势树种。7、白桂木遗传多样性的RAPD分析表明:白桂木种群具有较高的遗传多样性,总的多态位点频率PPB为83.78%,平均Shannon指数为0.2319,Nei指数为0.1660,遗传分化系数(GST)为0.7378,基因流（Nm）为0.1251。说明白桂木种群间的基因流受限严重,其遗传变异有73.78%存在于种群间,只有26.22%发生于种群内。种群间的遗传距离通过UPGMA聚类分析显示聚类结果与地理纬度位置一致,种群间的遗传距离随着地理距离的增大而增大。8、白桂木种子具有胚后熟现象,萌发前与湿沙混合进行高温高湿的层积处理,可明显促进种子的发芽,提高发芽率和发芽速度。白桂木的苗木年生长规律呈现明显的“慢、快、慢”节律,苗高和地径生长高峰出现在7、8、9月,速生期生长量占总生长量的60-70%;用幂函数模型来估测白桂木一年生苗各生长时期苗高和地径生长量的相关系数和拟合度最高,具有较高的准确性。9、扦插月份、母树年龄和ABT浓度对白桂木插穗成活率有极显著的影响,苗床基质对白桂木插穗成活率有显著影响,穗条长度对白桂木插穗的成活率无显著影响。扦插时间以7月份左右嫩枝扦插效果较好,选用低龄母树的穗条,配合100mg·L-1浓度的ABT处理,苗床基质采用河沙,能得到较高的扦插成活率。10、适宜白桂木组织培养的最适外植体为种子发芽后即取的幼嫩茎段;最适宜的启动培养基组合为改良MS+6-BA2a mg·L-1NAAb mg·L-1,最适宜增殖培养基组合为改良MS+6-BA2a′mg·L-1+NAA1b′mg·L-1+蔗糖30g·L-1,最适宜生根培养基组合为1/4MS+IBA3cmg·L-1+NAA3b″mg·L-1。综上所述,濒危植物白桂木的濒危原因主要有两方面:一是树种本身方面的原因,即由于白桂木个体数量少,近交自交严重,造成种子结实量少,种子质量差;种子后熟过程得不到合适的温度和水分;果皮对种子发芽的抑制作用;聚集型的种子散布格局不利种群扩大;种群间基因交流少,小种群分化严重,种群内杂合度低,适应性弱。二是外部因素,即人为破坏导致的生境破碎化、人为的过度采挖、气候变迁导致花期不遇和动物对果实的取食。因此迁地保育是白桂木种群恢复和扩大的主要途径,通过多种群取样进行人工繁殖,尤其在遗传多样性比较高的种群中取样进行扦插和组织培养等快繁措施来扩大和更新现有种群。同时通过打破白桂木种子休眠,创造条件提高种子发芽率,在较大的空间范围进行播种,增加种群中的幼苗数量,创造基因交流和重组的条件,进一步保护白桂木遗传多样性,稳定和壮大种群数量。

论文目录

摘要

Abstract

1 前言

2 国内外研究概述

2.1 濒危植物濒危机制研究进展

2.1.1 濒危植物种群生态学研究进展

2.1.2 濒危植物生殖生态学研究进展

2.1.3 濒危植物保护遗传学研究进展

2.2 濒危植物迁地保育研究进展

2.3 濒危植物白桂木的研究进展

3 研究技术路线

第一章白桂木生殖物候和繁育系统研究

1 试验地概况

2 研究方法

2.1 白桂木生殖物候观测

2.2 白桂木杂交指数（Outcrossing index,OCI）的估算

2.3 白桂木花粉-胚珠比（pollen-ovule ratio,P/O）的估算

2.4 白桂木风媒传粉或虫媒传粉的确定或排除

3 结果与分析

3.1 白桂木开花的物候规律

3.2 白桂木的杂交指数与花粉胚珠比

3.3 白桂木花序的解剖结构

4 小结

第二章白桂木生殖构件分布及结种率研究

1 试验地概况

2 研究方法

2.1 调查与取样

2.2 数据分析

3 结果与分析

3.1 白桂木花枝的构成特征

3.2 白桂木生殖生长与营养生长分配

3.3 白桂木果实结种率

4 小结

第三章白桂木种子特性及萌发生理研究

1 材料来源

2 研究方法

2.1 白桂木种子千粒重测定与种子解剖

2.2 白桂木种子生活力测定

2.3 白桂木种子萌发特征的测定

2.3.1 不同层积时间对白桂木种子萌发的影响研究

2.3.2 不同贮藏条件对白桂木种子萌发的影响研究

2.3.3 不同播种环境对白桂木种子萌发的影响研究

2.4 白桂木种子萌发生理研究方法

2.4.1 白桂木种子抑制物的提取和生物鉴定

3）对白桂木种子萌发的影响研究'>2.4.2 赤霉素（GA₃）对白桂木种子萌发的影响研究

3 结果与分析

3.1 不同种群白桂木种子千粒重的比较

3.2 白桂木果实和种子的解剖结构分析

3.3 不同种群白桂木种子生活力的比较

3.4 白桂木种子萌发特征研究

3.4.1 不同层积时间对白桂木种子萌发的影响

3.4.2 不同贮藏条件对白桂木种子萌发的影响

3.4.3 不同播种环境对白桂木种子萌发的影响

3.5 白桂木种子萌发生理研究

3.5.1 白桂木种子发芽抑制物的生物鉴定

3对白桂木种子萌发的影响'>3.5.2 GA₃对白桂木种子萌发的影响

3.5.3 白桂木种子萌发过程中酶活性的变化

4 小结

第四章白桂木种群土壤种子库的研究

1 试验地概况

2 研究方法

2.1 白桂木土壤种子库取样方法

2.2 白桂木种子生活力测定

2.3 数据分析

3 结果与分析

3.1 白桂木土壤种子库的种子储量与活性

3.2 白桂木土壤种子库的水平分布规律

3.3 白桂木土壤种子库的垂直分布规律

3.4 白桂木土壤种子库的种子散布格局

4 小结

第五章白桂木的种群结构与动态研究

1 试验地概况

2 研究方法

2.1 样地设置

2.2 白桂木种群结构的研究方法

2.3 白桂木种群空间分布格局的研究方法

2.4 白桂木种群种间关系的研究方法

3 结果与分析

3.1 白桂木天然林种群结构分析

3.1.1 白桂木种群的径级结构

3.1.2 白桂木种群静态生命表

3.1.3 白桂木种群存活曲线

3.2 白桂木种群空间分布格局

3.3 白桂木种群的种间关系分析

3.3.1 白桂木与群落中主要乔木树种的种间关系

3.3.2 白桂木与群落中主要灌木树种的种间关系

4 小结

第六章白桂木遗传多样性研究

1 材料与方法

1.1 材料采集

1.2 DNA提取

1.3 PCR扩增与产物的检测

1.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 引物筛选

2.2 白桂木种群遗传多样性分析

2.2.1 多态位点百分率

2.2.2 Shannon多样性和Nei基因多样性指数

2.3 白桂木种群间的遗传分化

2.4 白桂木种群的遗传距离与遗传相似度

2.5 聚类分析

3 小结

第七章白桂木的迁地保育技术研究

1 试验地概况

2 研究方法

2.1 白桂木种子繁殖研究方法

2.2 白桂木扦插繁殖研究方法

2.2.1 试验设计

2.2.2 试验处理的实施

2.2.3 调查分析方法

2.3 白桂木组织培养研究方法

2.3.1 基本培养基和培养条件选择

2.3.2 试验设计

3 结果与分析

3.1 白桂木种子繁殖技术研究

3.1.1 白桂木种子的发芽特性

3.1.2 白桂木苗木年生长规律

3.1.3 白桂木苗木生长期划分

3.1.4 白桂木苗木生长过程的数学模型

3.2 白桂木扦插繁殖技术研究

3.2.1 不同扦插时间对白桂木插穗成活率的影响

3.2.2 不同因素组合对白桂木插穗成活率的影响

3.3 白桂木组织培养技术研究

3.3.1 外植体筛选

3.3.2 启动培养

3.3.3 增殖培养

3.3.4 生根培养

4 小结

4.1 白桂木种子繁殖技术

4.2 白桂木扦插繁殖技术

4.3 白桂木组织培养快繁技术

第八章结论与讨论

4.1 结论

4.2 讨论

参考文献

致谢

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