世界栽培水杉的调查(1947～2007年)

自第一批种子于1947年12月底走出中国国门,著名‘活化石’水杉已在世界上栽培了60年。过去的5年间通过各种调查方式获得了6大洲近50个国家的2535份资料。调查结果显示,水杉除在欧美及东亚等国家栽培非常普遍外,阿根廷、澳大利亚、智利、印度、墨西哥、尼泊尔、新西兰、南非、泰国、土耳其、津巴布韦等国也有成功的栽培。生长最好的是北美植物耐寒带5-9及欧洲和东亚相似气候地区的栽培水杉,植株最高已达38m,最大胸围已达6.2m。调查内容包括引种的时间、栽培地点、株数、高度及胸围,调查单位不仅包括公立的单位,还包括不对外开放的私人住宅。另外,还讨论了栽培用途、限制因子以及原生种群的资源保护等。     

世界栽培水杉的调查（1947～2007年）*

自第一批种子于1947年12月底走出中国国门,著名'活化石'水杉已在世界上栽培了60年.过去的5年间通过各种调查方式获得了6大洲近50个国家的2535份资料.调查结果显示,水杉除在欧美及东亚等国家栽培非常普遍外,阿根廷、澳大利亚、智利、印度、墨西哥、尼泊尔、新西兰、南非、泰国、土耳其、津巴布韦等国也有成功的栽培.生长最好的是北美植物耐寒带5-9及欧洲和东亚相似气候地区的栽培水杉,植株最高已达38 m,最大胸围已达6.2 m.调查内容包括引种的时间、栽培地点、株数、高度及胸围,调查单位不仅包括公立的单位,还包括不对外开放的私人住宅.另外,还讨论了栽培用途、限制因子以及原生种群的资源保护等.     

杉科的细胞分类学和系统演化研究

根据杉科的核型资料,本文(1)提出“1B”可能是一个新的高等植物核型类型;(2)讨论了各属的有关分类学问题及相互亲缘关系,它们的进化顺序可能是柳杉属、水松属、落羽杉属、水杉属、巨杉属、红杉属、杉木属(密叶杉属与之近缘)、台湾杉属;(3)支持金松属分立成金松科,它可能比杉科各属原始; (4)红杉(AAAABB)的亲本可能是二个古代种“水杉”和“巨杉”,它们的直接后裔或留下的近缘是水杉和巨杉;(5)杉科存在A和L两条进化路线,前者包括柳杉属、水松属、落羽杉属、台湾杉属;后者包括水杉属、巨杉属、红杉属、杉木属(密叶杉属);(6)提出一个杉科新系统(包括一个新亚科):Ⅰ.柳杉亚科(柳杉属),Ⅱ.落羽杉亚科(水松属、落羽杉属),Ⅲ.红杉亚科(水杉属、巨杉属、红杉属),Ⅳ.杉木亚科(杉木属、密叶杉属),Ⅴ.台湾杉亚科,新亚科(台湾杉属)。本文还对前人的杉科系统作了讨论。     

杉科的细胞分类学和系统演化研究

根据杉科的核型资料,本文(1)提出“1B”可能是一个新的高等植物核型类型;(2)讨论了各属的有关分类学问题及相互亲缘关系,它们的进化顺序可能是柳杉属、水松属、落羽杉属、水杉属、巨杉属、红杉属、杉木属(密叶杉属与之近缘)、台湾杉属;(3)支持金松属分立成金松科,它可能比杉科各属原始;(4)红杉(AAAABB)的亲本可能是二个古代种水杉”和“巨杉”,它们的直接后裔或留下的近缘是水杉和巨杉;(5)杉科存在A和L两条进化路线,前者包括柳杉属、水松属、落羽杉属、台湾杉属,后者包括水杉属、巨杉属、红杉属、杉木属(密叶杉属);(6)提出一个杉科新系统(包括一个新亚科)：I．柳杉亚科(柳杉属),II．落羽杉亚科(水松属、落羽杉属),III．红杉亚科(冰杉属、巨杉属、红杉属),Ⅳ.杉木亚科(杉木属、密叶杉属),V．台湾杉亚科,新亚科(台湾杉属)。本文还对前人的杉科系统作了讨论。     

从形态学看北美红杉的亲本

本文通过形态性状的比较研究认为AAAABB的同源异源多倍体红杉可能由亲本水杉(属)和巨杉(属)杂交起源,它们分别为红杉提供了染色体组AA和染色体组B。这与根据核型等资料的分析结果相吻合。但跟Stebbins认为红杉除水杉(属)以外的另一个亲本已经灭绝并没有留下近缘的推论存在分歧。     

8个栽培水杉居群遗传多样性的等位酶分析

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是我国特有的活化石植物,有50多年的栽培历史。栽培水杉在多大程度上涵盖了野生水杉的遗传多样性,是评价水杉保育策略成功与否的关键所在。为了评估水杉栽培居群的遗传变异水平,作者采用超薄平板微型聚丙烯酰胺等电聚焦电泳方法对水杉的8个人工栽培居群的等位酶变异和遗传多样性进行了研究。对9个酶系统23个酶位点的检测结果表明: 有8个酶位点的等位基因频率分布差异非常显著, 在2个居群中存在稀有等位基因;平均等位基因数Ａ=1.375,多态位点百分率PPL=33.15,平均预期杂合度H_e=0.161。与孑遗居群相比,　栽培水杉的遗传变异水平偏低,表明栽培居群的遗传多样性不能完全涵盖孑遗居群。将采于潜江的9个丛枝水杉（Metasequoia glyptostroboides var.caespitosa）样品与分别采自潜江、武汉和上海的各9个水杉样品的等位酶资料进行了UPGMA单株聚类分析,并将丛枝水杉作为一个居群与其他8个水杉居群作UPGMA聚类分析,其结果不支持将丛枝水杉作为水杉的一个变种的分类处理。     

水杉是北美红杉的一个亲本吗？

本文根据有关细胞学和形态学资料.不同意Schlarbaum等以红杉没有水杉的具长着丝点区域的标记染色体来否定水杉(属)是红杉的亲本,同时认为,他们提出某种杉木属植物为红杉提供了染色体组而是它的亲本的意见难以成立,从而支持Stebbins的假设,水杉(属)可能是北美红杉的一个亲本。而且,它或许还是一个父本。     

杉科的两条演化路线

本文根据核型资料提出杉科可能存在A、L两条演化路线,前者包括由原始到进化的柳杉属、水 松属、落羽杉属、台湾杉属,以平均臂比快速增加、染色体长度比缓慢增加为特征;后者包括依序进化的水杉属、巨杉属、红杉属、杉木属(可能还有密叶杉属),以平均臂比缓慢增加、染色体长度比迅速增加为特点。该结论也得到形态学、解剖学、胚胎学等资料的支持。     

北美红杉起源的时间和地点的探讨

根据笔者认为的北美红杉的亲本可能是分别以水杉、巨杉为直接后裔或留下近缘的水杉属和巨杉属的二个古代种及Florin的古植物学资料,本文推测北美红杉这个AAAABB同源异源多倍体(autoallopolyploid)杂交起源的时间和地点有三种可能:(1)中新世的美国西部(以俄勒冈州及其附近为中心);(2)古新世的格陵兰岛西海岸;(3)晚白垩纪的美国中西部(包括怀俄明州、科罗拉多州)。其中第一个推测的可能性更大。     

水杉孑遗居群AFLP遗传变异的空间分布

本研究采用空间自相关分析方法对水杉 (Metasequoiaglyptostroboides)孑遗居群AFLP遗传变异的空间结构进行了研究 ,以探讨水杉孑遗居群遗传变异的分布特征及其形成机制。根据 6对AFLP选择性引物扩增的 46个多态性位点 ,选择了其表型频率在 2 5 %～ 75 %的 2 7个AFLP标记 ,运用等样本频率方法和等地理距离间隔方法分别对 3 9株和 3 7株原生母树进行了空间自相关系数Moran’sI值计算。结果表明 :水杉孑遗居群缺乏空间结构 ,绝大多数AFLP位点变异为随机分布的空间模式 ,但也有少数位点存在显著性随机相关 ,在 4～ 8km地理距离间隔显示负相关 ,说明该间隔可能是水杉孑遗居群的部分基因交流的有效屏障。水杉原生母树分布存在 12～ 2 8km的明显距离间隔空挡 ,说明人类从迁入该区域起就影响着水杉孑遗居群的原始生境 ,导致其生境片断化、景观破碎 ,进而形成岛屿状分布格局 ,并引起了水杉残留居群的随机遗传漂变。根据本研究结果 ,结合水杉孑遗居群较低的遗传多样性 ,分析探讨了水杉孑遗居群濒危的机理 ,并提出了相应的保育策略 ,为水杉的有效保育提供了科学依据     

气候变化对我国特有濒危物种水杉野生种群分布的影响

孑遗植物水杉(Metasequoia glyptostroboides)为我国特有裸子植物,国家一级保护植物。水杉野生种群仅在湖南、湖北和重庆交界之处分布。目前,虽然水杉在全球广泛栽培,但栽培水杉不能自然更新,而野生种群也存在自然更新不良、种群衰退现象。在未来气候变化条件下,水杉种群可能面临更加严峻的灭绝风险。因此,本研究根据文献和标本记载的水杉野生分布记录评估了未来气候变化对野生水杉分布的影响。采用多种物种分布模型,估计了当前气候条件下野生水杉的潜在分布分区,同时采用3种大气环流模型(CCSM4、CNRM-CM5、HadGEM2-ES)模拟的气候数据,估计了两种典型温室气体浓度增加情景下未来(2070年)野生水杉的适宜分布区。结果表明,当前气候条件下,水杉野生种群的潜在分布区与实际分布区一致,集中在湖北、重庆、湖南和贵州的交界处。到2070年,在不同的温室气体浓度增加情景下,我国水杉的潜在分布区有向现分布区的西北部迁移的倾向,但生境适宜度非常低(0.5),成功迁移可能性极低。而现有野生分布区的适宜度也明显下降,潜在分布区消失殆尽,水杉原始种群保护工作可能面临严峻考验。     

水杉引种及迁地保护进展

对1947年以来发表的有关活化石——水杉(MetasequoiaglyptostrobodiesHu&Cheng)在世界范围内的引种及迁地保护文献进行了系统评述。从1947年开始,水杉已在我国以及亚洲、欧洲、大洋洲、非洲、北美洲、南美洲六大洲的53个国家引种和得到迁地保护,已成为其中一些国家重要的植物研究材料和著名的风景观赏树种和造林绿化树种,并且成为一种国际关系的纽带。国际自然保护联盟(IUCN)已在1999年选出水杉等9个针叶树作为世界范围内保护的植物,同时由于水杉对酸沉降污染的敏感性和在世界范围内的广泛适应性,因此可作为世界范围内酸沉降污染共同的生物监测指示种和重要研究材料。引种为水杉的保护提供了有效的途径,但引种的质量已成为一个今后值得研究和解决的重要问题。     

水杉一新变种

水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)是孑遗的稀有珍贵树种。从中生代的白垩纪到新生代的更新世,冰期以前的整整一亿年的时间内,水杉属曾广布于北半球,由已发现的水杉化石得知,达十种之多,但经过冰期以后,仅在我国发现一种活树,即水杉。     

中国水杉引种研究

水杉(Metasequoia glyptostrobodies Hu & Cheng)是国家一级保护植物。水杉的发现是中国近代植物学界最值得自豪的一件大事,为中国植物学走向世界开辟了道路,被公认为是我国乃至世界二十世纪植物界的重大发现,它不仅对于中国有重要价值,也具有世界意义。水杉引种过程可以说是新中国植物引种过程的一个缩影,在发现50年后成功引种至26个省、市、区和特别行政区以及世界50多个国家和地区,成为我国重要的用材林树种、沿海防护林树种、农田防护林树种、城市绿化树种以及世界上著名的风景景观树种。水杉既为新中国林业的发展提供了重要实证,又是科学技术在林业及社会发展中的重要体现,同时水杉的发展也是我国林学界最值得骄傲的一件大事,是我国科技工作者集体智慧的结晶。该文仅对我国水杉引种学进行系统的论述,对水杉的引种阶段进行了划分,简述26个省、市、区和特别行政区的引种现状,分析了水杉在中国引种区的适生状况和原因。有关在国外的引种及迁地保护情况将另文发表。     

白鱀豚的分布调查

我国特有的珍贵动物白暨豚(Lipotes vexillifer Miller),是现代生存的最原始的海豚之一,已被列为国家禁猎动物。为了进一步了解白暨豚资源的状况,我们查考了有关资料,并于1974年在长江中下游和钱塘江进行了调查。工作中访问了不同江段的二十多个渔业社、水产公司以及许多高等院校和研究所,得到上海、浙江、安徽、江西、湖南、湖北、江苏等省市广大渔民和有关单位的大力协助。现将得到的部分资料整理报道。     

从核型看北美红杉的起源

本文分析了同源异源自然六倍体北美红杉的AA和B染色体组的组型,它们属Stebbins的“1A”和“1B”,经与杉科各属植物的核型比较后发现分别与相同类型的水杉和巨杉最为接近,因而认为水杉属和巨杉属的某个古代种可能是北美红杉的二个杂交亲本,水杉和巨杉则或许是它们的后裔或近缘。本研究支持Stebbins认为水杉属的某个古代种是红杉的一个祖先而水杉是它的直接后裔的假设,但与他认为另一个祖先已经灭绝并没有留下近缘的推测存在分歧。     

孑遗植物水杉种子萌发的生理生态特性研究

从种子活力和抗氧化酶活性两个方面研究了温度和光照对孑遗植物水杉 (Metasequoiaglyptostroboides)种子萌发的生理生态特性的影响。实验结果表明 ,萌发温度对水杉种子的活力和抗氧化酶活性有较大影响 ,在 19-2 8℃范围内 ,种子的发芽率、发芽速率、活力指数、脱氢酶及超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化物酶 (POD)和过氧化氢酶 (CAT)等抗氧化酶活性均较高 ,其中在 2 4℃条件下最高 ;当温度低于 15℃或者高于 32℃时 ,种子活力很低 ;10℃条件下种子几乎不萌发。可以认为 ,水杉种子萌发的适宜温度范围为 19- 2 8℃ ,最适温度为 2 4℃。光照萌发试验表明 ,6 5 μmol·m-2 ·s-1(12h/d)光照对水杉种子的萌发有较大的抑制作用 ,黑暗条件更适于水杉种子的萌发。自然状态下水杉种子质量很差 ,空瘪率超过 90 % ,加之产地春季温度不适于水杉种子的萌发 ,这两者可能是限制水杉种群更新的重要因素。这也许是水杉种群中缺乏幼苗和幼树的原因之一。     

水杉的未尽事宜

主要阐述与水杉有关的三个问题：首先是水杉研究的教训,特别是从编辑、作者和学者的角度;其次讨论水杉研究的不明之处,包括王战的标本是如何到达吴仲伦之手而转送给郑万钧的,薛纪如和华敬灿谁先打听到小河的原产地,三木茂的论文是如何到达中国而胡先辅又是如何得到的;并讨论了水杉的栽培及栽培品种的注册以及水杉原产地的资源保护、旅游开发及宣传;最后建议成立水杉博物馆,编写中国植物采集史,编写东亚植物分类学文献目录新续编。     

水杉的未尽事宜

主要阐述与水杉有关的三个问题: 首先是水杉研究的教训, 特别是从编辑、作者和学者的角度; 其次讨论水杉研究的不明之处, 包括王战的标本是如何到达吴仲伦之手而转送给郑万钧的, 薛纪如和华敬灿谁先打听到小河的原产地, 三木茂的论文是如何到达中国而胡先骕又是如何得到的; 并讨论了水杉的栽培及栽培品种的注册以及水杉原产地的资源保护、旅游开发及宣传; 最后建议成立水杉博物馆, 编写中国植物采集史, 编写东亚植物分类学文献目录新续编。     

湖北利川水杉原生种群及其生境1948～2003年间变化分析

为保护和恢复水杉原生种群提供科学依据,对中国湖北利川水杉原生母树及其生境1948～2003年间的变化进行对比分析,指出了保护工作存在的问题及保护对策。主要结果有：①1948年初步调查为1000多株,1983年普查有5746株,涉及4个镇(场)、45个行政村,分布面积为6万hm^2;2003年普查为5388株,分布范围没有大的变化,有2种分布类型：散生分布的有896株,群落分布的有4492株,最大的种群为105和123株。②中国政府对水杉的保护取得了巨大成绩,但过去只重视对个体的保护,忽视了对群落及其栖息环境的保护,导致由混交林变为纯林、结构趋于简单、生物多样性减少、天然更新困难,1983～2003年的20年间已有386株水杉原生母树死亡,亟需对水杉原生种群及其栖息地进行保护。③应运用现代恢复生态学手段,开展水杉植被恢复重建理论研究,首先加强对集中分布种群及其栖息地进行就地保护,其次小河河谷实施种群及其栖息地恢复与重建。④人为活动对水杉的危害加重,应减少及停止一切有害的人为活动,改善水杉原生母树生境,提高居民、社区自主参与水杉保护的意识;进行生态移民和实施退耕还林等是一个可以考虑的方法。