水杉的保护历程和存在的问题

水杉(Metasequoia glyptostroboides)的保护过程在某种程度上可以说是新中国成立50年来中国珍稀植物保护过程的一个缩影。2003年,以保护水杉为主要目的而建设的湖北省国家级星斗山自然保护区是我国水杉保护和发展中的里程碑,对于这一过程的了解有助于今后正确地制订就地和迁地保护计划和采取有效的行动。本文对水杉保护历程进行了全面回顾,针对水杉原产地的保护现状和存在的问题,提出四条具体的保护措施：(1)加强以水杉保护为主要目的的国家级自然保护区建设,建设重点应放在对水杉原生母树及其生境的保护。保护水杉原生母树及其生境要有长远的规划,机构的设置和功能以及人员的素质和经费要能支持水杉原生母树及其生境保护和发展的需要;(2)要把有关水杉保护的法规和措施落到实处;(3)建立基因保存林,对现有水杉原生母树基因进行全面保存;(4)积极协调环保、林业、科学院以及其他教育科研单位的关系,加强在这一领域的分工协作,开展科学研究,加强学术交流,共同促进水杉的保护和利用。     

水杉原生种群结构及空间分布格局

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是我国特有濒危极小种群物种, 其种群的状态一直被国内外学者广泛关注。分析现存水杉原生种群结构和空间分布格局及其空间关联性, 可以从空间格局角度深入认识水杉原生种群结构和分布格局及可能的形成机理。本文基于湖北利川境内水杉原生种群的野外调查数据, 分析其径级和高度级结构, 同时运用点格局分析中的成对相关函数g(r)以及3个零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型、先决条件模型)分析水杉原生种群空间分布格局、各龄级空间分布格局及空间关联性。结果表明: (1)分布于研究区域内的水杉原生种群个体数共5,663株, 已死亡33株, 现存活5,630株, 其中40株濒临死亡, 465株处于衰弱状态, 部分个体呈现不同的形态特征和生长状况, 断梢和蚁害最为常见, 雷击是最致命的危害。(2)水杉原生种群结构分析显示, 其径级结构和高度级结构均呈纺锤型, 自然更新不良。(3)基于完全空间随机模型, 水杉原生种群在各尺度下均呈现聚集分布, 中龄树在较小尺度(r < 3,300 m)上呈现聚集分布, 成年树和老龄树在较大尺度(r < 4,700 m)上呈现聚集分布; 排除生境异质性影响后, 聚集尺度均减小, 所以种群及不同龄级的聚集尺度分别为0-3,000 m、0-2,100 m、0-2,900 m和0-2,500 m, 随后呈现为微弱的随机分布和均匀分布。(4)基于完全空间随机模型, 3个龄级之间在所有尺度均为正关联; 在排除生境异质性影响后, 不同龄级的正关联尺度减小, 均在0-2,800 m呈正关联。综上, 水杉原生种群个体数量正呈现逐步减少的趋势, 种群主要呈聚集分布, 各个龄级间具有正向的关系, 从现有的空间格局来看, 生境异质性、扩散限制和种内竞争是导致该格局的主要原因。     

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     

孑遗植物水杉的遗传多样性研究

采用随机扩增多态DNA(RAPD)方法对孑遗植物水杉 (Metasequoiaglyptostroboides)的 8个居群 (包括 6个孑遗居群和 2个人工栽培居群 )的 48个个体进行了遗传多样性研究。用 16个随机引物共扩增出清晰谱带 5 7条。孑遗居群平均多态位点百分率为 38.6 %。各居群多态位点百分率差异显著 ( 10 .5 3%～ 33 .33 % ) :湖北利川的小河和桂花 2个居群较高 ,分别是 33 .33%和 31.5 8% ;湖南龙山洛塔居群较低 ,为 10 .5 3 %。人工栽培居群中 ,美国密西根州和湖北武汉 2个居群的多态位点百分率也较低 ,仅分别为 10 .5 3 %和 8.77%。用POPGENE 1.31版软件进行数据处理后结果如下 :孑遗居群的平均Nei’s基因多样性为 0 .130 5 ,Shannon’s遗传多样性信息指数为 0 .192 1,水杉孑遗居群遗传距离与地理距离的相关系数r =0 .2 346 6 (P =73 .2 7% ) ,基因分化系数Gst=0 .10 82 ,表明居群间有一定分化。用UPGMA方法聚类可知 ,2个人工居群与湖北利川居群优先聚类。鉴于目前水杉孑遗居群生境人为破坏严重、遗传多样性较低和原生母树分布分散 ,建议在湖北利川小河和桂花野生水杉最适生境建立水杉遗传多样性保护点 ,将现有的 2 5 0多株原生母树分别采种育苗定植于保护点 ,以达到最大限度地保存现有水杉遗传多样性的目的。     

基于功能性状的水杉原生母树种群生境适应策略

植物的功能性状变异和表型可塑性是其应对异质生境的主要机制, 对植物的生长和分布有重要贡献。本文以湖北星斗山国家级自然保护区的水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生母树为研究对象, 分析了母树种群功能性状对树木形态、地形因子及人为干扰的响应机制。结果表明: 水杉原生母树叶面积、叶干重和比叶面积的变异幅度大, 可塑性较强, 而枝和叶的干物质含量稳定性最高。人为干扰和4个地形因子均对每个功能性状变异方差有5%-20%的解释度, 冠幅对枝、叶干物质含量的变异方差有高达38%和76%的解释度。5个功能性状主要受海拔、坡位和人为干扰影响, 其中, 比叶面积对环境因子和干扰的响应规律不明显, 叶面积和叶干重在强烈人为干扰的环境中普遍增大, 枝和叶的干物质含量对坡向的变化最敏感。总之, 水杉原生母树种群通过功能性状变异对环境能产生一定的可塑性响应, 但人为干扰对母树生长影响较大, 建议人工辅助更新, 并适度减少农业和建筑对现存母树的影响。     

湖北省极小种群野生植物在原生群落中的竞争地位及保护建议

极小种群野生植物是亟需保护、最为濒危的植物, 研究极小种群野生植物物种重要值和竞争格局对保护与恢复具有重要实践意义。本文通过野外群落调查, 研究了湖北省分布的7种极小种群野生植物大别山五针松(Pinus fenzeliana var. dabeshanensis)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、峨眉含笑(Michelia wilsonii)、小勾儿茶(Berchemiella wilsonii)、长果秤锤树(Sinojackia dolichocarpa)、黄梅秤锤树(S. huangmeiensis)和庙台槭(Acer miaotaiense)的重要值及改进后的Hegyi竞争指数。结果表明: 从重要值来看, 水杉、长果秤锤树在各自所属的群落中具有较高的重要值及较低的变异系数, 为群落中的优势种; 庙台槭和黄梅秤锤树重要值较高, 为群落中的亚优势种; 大别山五针松、峨眉含笑、小勾儿茶重要值较低, 为群落伴生种。从改进后的Hegyi竞争指数来看, 湖北省7种极小种群野生植物受到的竞争压力的来源和强度存在较大差异, 大别山五针松、峨眉含笑、小勾儿茶、黄梅秤锤树主要受到种间竞争, 而水杉、长果秤锤树、庙台槭主要受到种内竞争, 因此在制定保护措施前要充分考虑物种间的竞争情况, 才能采取更有针对性的保护措施。     

大兴安岭南段马鹿生境适宜性分析与生态廊道构建

构建生态廊道在缓解生境破碎化对生物多样性的影响、维持濒危物种的遗传多样性、维护自然生态系统结构完整与功能稳定方面具有重要作用。以内蒙古大兴安岭南段分布的马鹿(Cervus elaphus)种群为研究对象,利用MaxEnt模型对其生境适宜性进行分析,并利用最小累积阻力模型构建潜在生态扩散廊道,探讨大兴安岭南段区域隔离马鹿种群的栖息地连通方案。结果显示,马鹿栖息地呈破碎化状态,种群有明显的隔离分布趋势,现有适宜栖息地具有海拔较低(800—1200 m)、坡度较缓(<15°)、靠近水源、植被类型多为靠近山林的灌丛或草地等特点。所构建12条生态廊道具有经过河流浅水节段、远离村落等特点,便于落实栖息地生态恢复管理措施。研究从区域尺度综合分析了大兴安岭南段马鹿栖息地现状及连通性,有助于优化适宜栖息地格局,促进马鹿扩散和栖息地连通,为该物种隔离种群及其栖息地保护规划提供现实指导和基础资料。     

甘肃省豹的生存现状调查

豹曾广泛分布于甘肃省的陇中、陇东和陇南各地,但历史上大部分有豹分布地区的生境现已明显地不再适宜豹的生存。依据访问调查得到的信息并结合实地考察生境进行综合判断,目前豹存在可能性较大的地区有平凉地区的关山林业总场、张家川县马鹿林场、小陇山林业局张家林场和白水江国家级自然保护区。甘肃省豹濒危的主要原因是栖息地面积退缩,栖息地环境质量恶化,生境破碎化和人为猎捕。鉴于现阶段尚未查清豹的野生种群数量,应对豹及其猎物资源进行野外监测,采取积极有效的措施加强豹栖息地的保护与恢复。     

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。     

生境片断化对濒危植物景东翅子树种群结构与动态的影响

生境的破坏及其片断化是生物多样性丧失的主要原因, 了解生境片断化对植物种群动态的影响十分必要。本文比较分析了不同大小生境片断(5 ha和15 ha)和连续森林中濒危植物景东翅子树(Pterospermum kingtungense)种群的结构与动态, 目的是明确影响景东翅子树种群动态的关键生活史阶段及其种群保护的目标, 为濒危植物种群保护和管理策略的制定提供科学依据。在上述3种生境中分别设立3个50 m × 100 m的1.5 ha固定样地, 调查景东翅子树所有个体的胸径(其中幼苗和幼树为地径)和高度、个体的存活及幼苗的补充情况。基于上述统计参数, 建立预测种群动态的Lefkovitch矩阵模型, 同时应用矩阵模型的弹性分析方法量化种群统计参数对种群增长率的相对贡献。结果表明: (1)在5 ha和15 ha生境片断及连续森林各1.5 ha的样地中, 2018年首次调查到景东翅子树的个体数分别为34、82和88株, 2019年复查时的个体数分别为33、82和87株。3种生境中景东翅子树种群的年龄结构均以幼树为主, 但5 ha生境片断森林缺乏幼苗和大树(包括成树和亚成树), 而15 ha生境片断森林幼苗较丰富。(2)在3种生境中景东翅子树种群的增长率等于1 (15 ha生境片断)或趋近于1 (5 ha生境片断和连续森林), 说明不同生境中的景东翅子树种群比较稳定, 这主要是因为其各生活史阶段的存活率均较高。(3)景东翅子树成树和亚成树阶段的存活率对种群增长率的贡献最大, 是影响其种群动态的关键生活史阶段。因此对于大树(包括成树和亚成树)的保护是极度濒危植物景东翅子树种群维持的关键。研究结果揭示小生境片断降低了景东翅子树种群的数量, 改变了种群的结构, 但对种群动态的影响效应尚未显现。因此对于这些小生境片断中濒危植物种群的保护和恢复是可行的, 也是有价值的。     

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。     

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。     

水杉栽培居群的遗传多样性研究

利用RAPD技术,对9个水杉(Metasequoiaglyptostroboides)栽培居群的遗传多样性进行了初步研究。用10bp的随机引物16条,共扩增出103个位点,其中37个为多态位点,占35.92%。各居群的多态位点百分率在16.50%~33.01%之间。POPGENEversion1.31软件处理结果如下:居群的Shannon’s信息指数为0.1930。遗传距离在0.0130~0.0650之间,遗传一致度在0.9370~0.9871之间。AMOVA分析结果显示遗传变异主要存在于居群内,占89.05%,居群之间有一定的分化。上述结果表明水杉栽培居群的遗传多样性略低于自然居群,涵盖了自然居群近80%的遗传多样性。由此可以确认栽培水杉的种源是经过混合的,它们在相当程度上代表了自然居群的遗传多样性水平。采自潜江的9株丛枝水杉(Metasequoiaglyptostroboidesvar.caespitosa)没有扩增出特有位点,将其视为一个居群根据遗传一致度作UPGMA聚类分析时,该居群和湖北的3个居群及南京(NJ)、成都(CD)居群聚在一起;单株聚类时丛枝水杉也没有聚成独立的一支,而是比较分散,因此不支持将丛枝水杉作为水杉的一个变种的分类处理。从亲缘关系上看,丛枝水杉应当归属于湖北潜江蚌湖种子园(BH)和湖北潜江广华(GH)居群,这与其分布现状也是吻合的。     

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。     

On the Ultrastructure of Pollen Exine in Metasequoia Hu and Cheng

Metasequoia is endemic to China. Present study deals with ultrastructure of pollen exine of M. glyptostroboides Hu et Cheng, and in comparision with other genera of the family. Pollen grains of Metasequoia are spheroidal or subsphoroidal and 27.8(24.3–32.3) μm in diameter. There is a papilla in the distal face. The papilla is wide at the base, 3.5–5.2 μm high, with pointed and circular end and the base crooked toward one side. Exine is about L5 μm thick, layers distinct, Nexine is as thick as sexine. Surface weakly granulate. According to observation by SEM, exine is covered with fine granules and rather coarse tuberculae. The former can be easily separated from the latter. The loose and uneven tuberculae are provided with minute spinules on the surface and generally fall off after acetolysis. The fine and dense granulae, however, remain intact after acetolysis. The study by TEM shows that ektexine is made of granules densely arranged and connected with each other. In addition, sparse Ubisch bodies are unevenly distributed on granular layer with geminate surface. The thick endexine, is composed of 10–15 lamellae. It is worthy to note that all lamellae possess tripartite structure. But lamellae of endexine in other genera of Taxodiaceae have no tripartite structure except the lamella near ektexine. Number of lamella and thickness of endexine in Metasequoia differ from those of other genera in Taxodiaceae; for example endexine with 8–10 lamellae in Taxodium, 8–9 lamellae in Sequoia, 6–7 lamellae in Glyptostrobus, 6–8 lamellae in Cunninghamia, about 16 lamellae in Cryptomeria etc.     

牛血清白蛋白在植物RAPD分析中的作用

以水杉、七子花DNA为模板,添加牛血清白蛋白（BSA）,观察其对植物RAPD扩增效果的改善情况。研究显示,在水杉及七子花RAPD扩增体系中,改善RAPD扩增反应的最佳的BSA浓度是不同的,分别为06μg/μl与1μg/μl。另外,BSA还可以封闭乙酰BSA对RAPD扩增反应的抑制作用,降低RAPD反应系统中Taq酶的用量。 Abstract:Using Metasequoia glyptostroboides and Heptacodium miconioides DNA as templates,the effect of bovine serum albumin(BSA) on RAPD in plants was studied.The results showed that suitable concentrations of BSA used in Metasequoia glyptostroboides and Heptacodium miconioides RAPD were different,which were 06μg/μl and 1μg/μl,respectively.The inhibition of acetylated BSA on the amplification of plant RAPD could be relieved by BSA.BSA could reduce the dosage of Taq DNA polymerase.     

水杉属和红杉属化石叶表皮鉴定参照系的特殊性

杉科植物的许多属种在小枝的形态和叶片排列上相似,而杉科植物的化石标本多保存为枝叶形式。表皮的特征作为压型化石枝叶标本细胞信息的重要来源,甚至是惟一来源。一直作为杉科植物化石分类鉴定的主要依据。水杉和北美红杉分别是水杉属和红杉属植物化石的惟一现存最近亲缘种,以往关于北美红杉的气孔分布和排列等方面的报道存在分歧,根据作者的研究,北美红杉的表皮特征变异幅度非常广。水杉的气孔分布也与以往报道有差异。利用表皮的特征鉴定杉科植物化石时;不同的处理方法和处理时间,角质层的完整程度和观察数量等均可以影响植物表皮特征的正确获取。