中国极小种群野生植物保护理论与实践研究进展

极小种群野生植物大都分布范围狭窄、个体数量稀少且自然更新困难, 面临随时灭绝的风险, 迫切需要拯救性保护。极小种群野生植物这一概念自提出以来受到了保护生物学领域的广泛关注, 已成为当前中国生物多样性保护的一个热点方向。我国于2010年正式启动实施极小种群野生植物拯救保护工程, 并开展了大量的保护研究和实践。以“extremely small population*”和“plant”为检索词在Web of Science进行了主题检索, 以“极小种群”和“植物”为检索词在中国知网进行了主题检索, 对获取的的学术期刊论文、学位论文和会议论文进行了梳理。本文从极小种群野生植物种群、群落及生境调查与监测、适应性、遗传多样性、繁殖生物学、濒危机制、动态模型6个方面对近年来极小种群野生植物的理论研究工作进行了较为系统的综述。在此基础上, 从就地保护、迁地保护与种质资源保存、野外回归、人工繁育、标准化体系5个方面回顾了极小种群野生植物保护实践及取得的进展。基于极小种群野生植物保护理论与实践研究现状, 我们建议在极小种群野生植物未来保护工作中不断调整和完善保护名录, 加强种群结构的观测和预测、小种群形成和恢复机制的针对性研究以及特定物种的长期系统性研究, 同时促进这一概念在国际上的推广。希望本文能为国家生物多样性保护和生态文明建设提供参考。     

中国纳入一级保护的极小种群野生植物濒危机制

为科学有效地保护极小种群野生植物, 明确其濒危机制具有重要意义。本文通过分析中国28种极小种群一级保护野生植物的种群特征及其濒危的内在原因和受威胁因素等, 总结了极小种群野生植物的濒危机制。极小种群野生植物的种群特征表现为遗传多样性低(13种)、衰退型种群结构(11种)、聚集型分布(11种)且分布区域狭窄(20种)。极小种群野生植物濒危的内在原因主要是繁殖力低(21种)和竞争能力弱(16种)。受威胁因素主要包括过度采挖等人类活动导致的种群数量减少(15种)和生境破坏(25种)以及气候变化等。因此, 除了保护极小种群野生植物免遭人类活动破坏, 保护策略应加强关注种群规模的维持和遗传多样性的保护。     

典型极小种群野生植物保护与恢复技术研究

极小种群野生植物是急需优先抢救的国家重点保护濒危植物。目前,有关极小种群野生植物濒危原因及相应解濒技术的研究还非常缺乏,已有的植物种群生态学和保护生物学理论对极小种群植物并不完全适用,迫切需要研发有针对性的科学理论和保育技术。介绍了国家重点研发计划项目"典型极小种群野生植物保护与恢复技术研究(2016YFC0503100)"的研究意义、内容、目标及展望。项目拟针对典型极小种群野生植物开展保护与恢复技术的研究,拟构建极小种群野生植物的种群生态学和保护生物学理论体系,研发极小种群野生植物保护和更新复壮的技术体系,并建立相应的应用技术标准和示范基地,为极小种群野生植物的保护与可持续利用奠定坚实的理论基础和技术支撑。     

海洋岛屿生物多样性保育研究进展

海洋岛屿生态系统因具有明显的海域地理隔离而区别于陆地生态系统,被誉为生物地理与进化生态学研究的"天然实验室".陆地或其它邻近岛屿的种源物种迁移到新的岛屿后,经历地理隔离、特征置换或适应辐射等一系列的岛屿进化过程,形成与种源物种具有显著遗传差异的岛屿特有种.岛屿在小面积范围内分化形成大量的特有种,是岛屿生物多样性最为重要的特点之一.但是,岛屿种群由于分布范围局限、生境脆弱且种群规模较小,岛屿种群较陆地种群具有更高的灭绝风险.本文通过对海洋岛屿物种的起源与演化、遗传结构以及岛屿物种的濒危与保护3个热点问题的讨论,阐述岛屿生物多样性的形成机制、濒危肇因以及岛屿生物多样性保育的重要性.     

中国极小种群野生植物的保护现状评估

广阔的地域和多样的地形造就了中国丰富的生物多样性, 同时长时间的人类活动也导致我国有不少物种的生存受到威胁, 特别是一些极度濒危、随时有灭绝危险、生境要求独特、生态幅狭窄或基因易流失的物种需要重点保护。近期国家出台了《全国野生动植物及自然保护区建设工程总体规划》, 其中包含了首批重点保护的极小种群植物名单。本研究中, 我们整理了120种极小种群野生植物的高精度分布图, 探讨其分布格局并通过国家级和省级保护区网络评估其保护现状。研究发现, 中国极小种群野生植物丰富度最高的地方是云南东南部、广西西南部和海南岛西南部。国家级自然保护区对中国极小种群野生植物分布区的平均覆盖率为21.5%, 省级自然保护区的平均覆盖率为10.9%。有35种极小种群野生植物(占总数的29%)未受国家级自然保护区覆盖, 有17种(14%)未受任何国家级或省级自然保护区覆盖。我们建议在云南和海南省针对极小种群建立自然保护区。     

不仅仅是遗传多样性:植物保护遗传学进展

保护遗传学研究的是影响物种灭绝的遗传因素以及濒危物种的遗传管理, 以降低物种的灭绝风险。本文从遗传多样性本身及其对生态系统的影响两个方面介绍了植物保护遗传学的最新进展。根据遗传标记的功能, 保护遗传学研究可分为选择中性遗传变异研究和适应性遗传变异两个方面。对于目前主要采用的选择中性遗传标记研究, 本文着重介绍了以下方面的最新进展: (1)利用遗传标记进行个体、物种或遗传单元的鉴定, 从而有效地设计保护策略, 避免在迁地保护中混淆物种, 提高保护效率; (2)应重视由于物种自身生殖、扩散等原因造成的隐性瓶颈效应。由于选择中性遗传标记并不能准确反映物种的适应性遗传基础, 从适应性遗传变异角度研究濒危物种的进化潜力已成为保护遗传学的研究前沿。大部分相关研究还集中在利用基因组扫描检测受选择的位点, 而对功能基因的适应性研究还比较少。景观遗传学旨在解释景观和生境影响下的种群间基因流和遗传多样性格局, 这方面研究将会促进我们更多了解种群基因流的地理限制因子和不同景观基质下的种群遗传差异。遗传多样性作为物种的一种属性亦可在一定程度上反馈, 并影响生态系统。这提示我们不仅仅是濒危物种, 常见物种的遗传多样性及其保护亦很重要。最后, 我们从4个方面对保护遗传学研究进行了展望, 包括应加强将生态系统各环节联系起来研究遗传多样性, 在技术手段上利用多态性更丰富的分子标记, 同时强调了对常见物种保护遗传学研究的重要性, 并初步分析了我国保护遗传学研究与国际水平的差距, 建议加强种群遗传学和进化生物学基础理论的学习。     

本底资源不清严重制约我国杜鹃花属植物的生物多样性保护

中国杜鹃花属植物已超过600种,是世界杜鹃花属的现代分布中心和分化中心之一。本文以杜鹃花红色名录、中国高等植物红色名录以及中国高等植物受威胁物种名录为基础,对我国杜鹃花的濒危现状进行分析,并根据极度濒危杜鹃花的最新调查结果,结合IUCN红色名录和极小种群野生植物标准对它们进行重新评估。评估结果认为,杜鹃花属12个极度濒危物种中,有4个物种降低了极度濒危的等级,1个物种数据缺乏,1个物种灭绝。我国杜鹃花属植物濒危种类近20%,数据缺乏的种类近1/3,资源本底不清,严重威胁我国杜鹃花的生物多样性保护。未来应加强对杜鹃花本底资源的普查,开展极度濒危物种和极小种群物种的“抢救性保护”、加强园林应用与基础研究。     

14种中国典型极小种群野生植物繁育特性和人工繁殖研究进展

繁殖是植物种群更新与维持的重要环节。包括极小种群野生植物在内的受威胁物种, 其濒危原因是在长期演化过程中自身繁育力的衰退、生活力的下降等内在因素和人类的过度采挖和生境的破坏等外在因素共同作用的结果。对极小种群野生植物进行高效的人工繁殖, 能扩大种群数量并应用于迁地保护、自然回归和满足商品市场的需求, 有利于其种质资源的保护和可持续利用。为了保持物种的遗传多样性, 采用种子繁殖育苗是有效的方法, 扦插、嫁接和组织培养技术等无性繁殖方法则可用于对难以用种子繁殖的种类进行快速繁殖。本文对14种中国典型极小种群野生植物的繁殖特性和已有的人工繁殖方法进行了综述, 并简要介绍在其种苗繁殖研究方面取得的进展。其中利用播种繁殖成功的物种有12种, 共繁殖230,000株种苗; 利用扦插繁殖成功的物种有5种, 共繁殖33,100株种苗; 华盖木(Manglietiastrum sinicum)、河北梨(Pyrus hopeiensis)和黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)采用嫁接繁殖出了2,415株种苗; 9个物种的组织培养技术获得成功, 共繁殖了24,850株种苗。这些种苗有些已应用于迁地保护和自然回归。上述研究结果为这14种极小种群野生植物的保护和利用提供了理论和技术基础, 也能为其他极小种群野生植物的保护和利用提供参考。     

本底资源不清严重制约我国杜鹃花属植物的生物多样性保护

中国杜鹃花属植物已超过600种,是世界杜鹃花属的现代分布中心和分化中心之一。本文以杜鹃花红色名录、中国高等植物红色名录以及中国高等植物受威胁物种名录为基础,对我国杜鹃花的濒危现状进行分析,并根据极度濒危杜鹃花的最新调查结果,结合IUCN红色名录和极小种群野生植物标准对它们进行重新评估。评估结果认为,杜鹃花属12个极度濒危物种中,有4个物种降低了极度濒危的等级,1个物种数据缺乏,1个物种灭绝。我国杜鹃花属植物濒危种类近20%,数据缺乏的种类近1/3,资源本底不清,严重威胁我国杜鹃花的生物多样性保护。未来应加强对杜鹃花本底资源的普查,开展极度濒危物种和极小种群物种的“抢救性保护”、加强园林应用与基础研究。     

遗传多样性与濒危植物保护生物学研究进展

尽管对于濒危物种的遗传学人们已经进行了大量研究,但是种群遗传学在植物保护中的实际地位尚存在很大争议。濒危物种的遗传多样性可能会由于遗传漂变、近交的作用而丧失;但这种丧失更可能是濒危的结果而不是濒危的起因。遗传多样性水平与物种生存力之间没有任何必然的联系。但植物种群遗传结构如果由于自交不亲和等位基因的丧失和与亲缘种杂交造成的遗传同化而发生改变,那么它对物种生存力会产生明显负作用。     

极小种群野生植物生存力分析: 方法、问题与展望

日益加剧的环境变化与人类活动严重威胁种群的生存, 因此预测多种胁迫下种群的命运至关重要。种群生存力分析(population viability analysis, PVA)是评估种群所受威胁、灭绝或衰退风险以及恢复可能性的有效方法。基于物种及环境数据和建模, 种群生存力分析能够整合不同类型变量, 为目标物种的保护提供建议。然而, 极小种群野生植物的个体数据难以获取, 种群参数估计困难, 这导致传统种群生存力分析方法在此类种群中的应用存在局限性。在此, 本文提出了极小种群野生植物生存力分析的潜在方法: 小样本非统计分析法及环境变化下的种群适应力分析。小样本非统计分析法有益于提高种群统计学参数的估计精度, 而立足于生态进化生物学的种群生存力研究有助于从生物学机理方面了解和预测种群动态, 为极小种群野生植物的保护提供更适宜的理论指导。     

中国濒危兽类保护遗传学研究进展与展望

我国是全球生物多样性大国,拥有包括大熊猫、金丝猴、华南虎、麋鹿、白鱀豚等特有物种和旗舰物种在内的丰富兽类资源。近几十年来,土地利用模式转变、盗猎、环境污染、气候变化等因素使许多兽类物种面临生存威胁,导致物种遗传多样性丧失。而遗传多样性是生物多样性的基本组成部分,决定了物种和种群能否长期生存。保护遗传学作为保护生物学的一大分支学科,旨在通过遗传学分析探明种群遗传变异和物种濒危的遗传学机制。近40年来,随着研究手段和技术的不断发展,我国兽类保护遗传学在遗传多样性和近交水平评估、景观遗传学、生态遗传学和圈养种群遗传管理等方面都取得了重要成果。然而,未来人类社会发展可能为濒危兽类带来的威胁依然存在,高通量测序等新技术的进一步发展则能够帮助我们更加深入地了解濒危物种和种群遗传适应与濒危机制,从而实现对濒危兽类的有效管理与保护。     

不同郁闭度对野外回归的梓叶槭幼树形态和生理特征的影响

濒危植物野外回归是扩大极小种群野生植物种群的有效途径。适宜的回归生境是物种生长的必要条件, 研究植物的生理生态特征对不同野外回归生境的适应性, 是科学评价濒危物种种群回归生境适宜性的关键指标。本文以野外回归的极小种群野生植物梓叶槭(Acer catalpifolium)为研究对象, 探讨了无遮荫、林缘、林隙以及林下(郁闭度由小到大) 4种不同光照条件对梓叶槭幼树的形态特征、光合特征、类黄酮指数及叶绿素含量等的影响。结果表明: (1)随着郁闭度的增大, 梓叶槭幼树的基径、冠幅以及新生枝条数量产生差异, 均呈现先增大后减小的趋势; (2)在林缘生境中, 梓叶槭幼树的单叶面积及单叶质量均最大, 比叶面积随着郁闭度的增大而增大; (3)随着郁闭度的增大, 梓叶槭叶片胞间CO₂浓度、蒸腾速率及气孔导度均呈现先减小后增大的趋势, 叶绿素含量呈现上升趋势, 类黄酮指数则呈现先增大后减小的趋势。综上可知, 林缘适宜的光照条件更适合梓叶槭野外回归。这一结果可为梓叶槭以及其他极小种群野生植物的回归生境适宜性的探索研究提供借鉴。     

Fine-scale spatial genetic structure and gene flow in a small, fragmented population of Sinojackia rehderiana (Styracaceae), an endangered tree species endemic to China

Populations of Sinojackia rehderiana are highly threatened and have small and scattered distribution due to habitat fragmentation and human activities. Understanding changes in genetic diversity, the fine-scale spatial genetic structure (SGS) at different life stages and gene flow of S. rehderiana is critical for developing successful conservation strategies for fragmented populations of this endangered species. In this study, 208 adults, 114 juveniles and 136 seedlings in a 50 × 100-m transect within an old-growth forest were mapped and genotyped using eight microsatellite makers to investigate the genetic diversity and SGS of this species. No significant differences in genetic diversity among different life-history stages were found. However, a significant heterozygote deficiency in adults and seedlings may result from substantial biparental inbreeding. Significant fine-scale spatial structure was found in different life-history stages within 19 m, suggesting that seed dispersal mainly occurred near a mother tree. Both historical and contemporary estimates of gene flow (13.06 and 16.77 m) indicated short-distance gene dispersal in isolated populations of S. rehderiana. The consistent spatial structure revealed in different life stages is most likely the result of limited gene flow. Our results have important implications for conservation of extant populations of S. rehderiana. Measures for promoting pollen flow should be taken for in situ conservation. The presence of a SGS in fragmented populations implies that seeds for ex situ conservation should be collected from trees at least 19-m apart to reduce genetic similarity between neighbouring individuals.     

Species-genetic diversity correlations in habitat fragmentation can be biased by small sample sizes

Predicted parallel impacts of habitat fragmentation on genes and species lie at the core of conservation biology, yet tests of this rule are rare. In a recent article in Ecology Letters, Struebig et al. (2011) report that declining genetic diversity accompanies declining species diversity in tropical forest fragments. However, this study estimates diversity in many populations through extrapolation from very small sample sizes. Using the data of this recent work, we show that results estimated from the smallest sample sizes drive the species-genetic diversity correlation (SGDC), owing to a false-positive association between habitat fragmentation and loss of genetic diversity. Small sample sizes are a persistent problem in habitat fragmentation studies, the results of which often do not fit simple theoretical models. It is essential, therefore, that data assessing the proposed SGDC are sufficient in order that conclusions be robust.     

湖北赛武当自然保护区野生珍稀植物优先保护定量研究

通过对湖北赛武当国家级自然保护区内的野生珍稀植物资源进行调查,运用濒危系数、遗传价值系数和物种价值系数,计算出物种优先保护值,以确定物种濒危等级和优先保护等级。结果显示：（1）该区内共有珍稀保护植物33种,隶属于26科33属,其中易危15种、近危11种、安全种7种;（2）该区珍稀植物优先保护值的范围为0.2631~0.6985,据此得出33种珍稀植物的优先保护等级为：Ⅰ级6种、Ⅱ级13种、Ⅲ级12种、Ⅳ级2种。（3）本研究结果与相关珍稀保护植物名录的濒危等级和优先保护级别存在较大差异,这可能是由于生境破碎化和人为干扰导致大部分植物在本区受威胁程度加重,因此应强化管理。