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百山祖冷杉,野外仅三株:让危如朝露的它们“生娃”有多

发布时间:2018-04-25 11:06:31   来源:◎萧野    浏览次数:306

【近日,浙江大学通过胚胎培养技术,成功培育世界首例百山祖冷杉胚胎,并形成幼苗。这份成果为百山祖冷杉人工繁育带来全新前景,标志着这种起源于白垩纪中期的“植物活化石”得以“开枝散叶”。百山祖冷杉目前的野生植株只有3株,在《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》中被纳入“极危”等级。它们是何许物也?是何原因致其危如朝露?】

百山祖冷杉的球果像长长的卵,直立生长。

第四纪冰期孑遗物种

浙江省西南部丽水市庆元县境内百山祖国家级自然保护区主峰——“百山祖”,海拔1856.7米,为浙江第二高峰,被誉为“百山之祖”。降雨多、湿度大、温度低是该地区的一大气候特点。该山海拔1700米处左右,生长着世上仅存的3株野生百山祖冷杉,最大的高约17米,最小的高约5米。

百山祖冷杉是松科冷杉属的一个树种,为中国特有植物,仅分布在浙江百山祖地区。根据现有研究,我国冷杉属共有28种(含变种和引进栽培的日本冷杉)。

百山祖冷杉 Abies beshanzuensis M.H.Wu 刘春荣/绘

冷杉起源于白垩纪中期(地球史上典型的温室气候期,约1.2亿1亿年前),在地球生物圈生物地带性群落中,冷杉属植物多分布于寒冷湿润的高纬度、高海拔地带。但第四纪冰川时期到来,全球气温下降,冷杉分布区就向低纬度和中低海拔地区扩散。冰期过后,全球气温上升,我国南部低海拔地带不再适于冷杉栖身,于是其分布区向高纬度和高中海拔山地退缩,这造就了冷杉在我国南方呈孤岛分布的状态:台湾冷杉和巴山冷杉分布纬度较南,但在海拔2300米以上的山地;浙江残存百山祖冷杉;广西发现元宝山冷杉、资源冷杉;贵州发现梵净山冷杉;井岗山发现巴山冷杉新分布地。

百山祖冷杉、元宝山冷杉和资源冷杉由于植株数量少,零星分布,濒临灭绝,被列为国家一级重点保护野生植物,并被《中国生物多样性红色名录——高等植物卷》列为“极危”物种。元宝山冷杉林处于老龄阶段,目前有500多株野生植株;资源冷杉于1979年开始分别在广西、湖南、江西等处发现,野生植株近2000株。百山祖冷杉、元宝山冷杉在世界自然保护联盟(IUCN)《濒危物种红色名录》中为“极危”等级,资源冷杉为“濒危”等级。

图1为百山祖冷杉野生植株;图2为百山祖山顶近地回归种群;图3为野生母株的种鳞和雄球花序。

从发现到定名历时13载

从外表上看,百山祖冷杉的树皮呈不规则龟裂,纵向裂块大于横向裂块,侧枝上密集排列的条形叶很独特,不像松树那样呈针状。枝叶整体看起来就像加长版的圆梳子。叶子中间的叶脉不像普通叶脉那样略微凸出来,而是凹下去的,叶子下面有两条白色气孔带。

百山祖冷杉的枝叶像一把圆梳子

百山祖冷杉通常每一枝节上直立生长着13个圆柱形球果,像长长的卵,长712厘米,直径3.54厘米,熟前绿色或淡黄绿色,熟时淡黄色或淡褐色。若是条件合适,它们会在45月开花,11月份球果成熟。球果由许多呈扇状四边形的木质鳞片组成,每个鳞片朝着中心轴的一面是冷杉呈倒三角状的种子,种子成熟时,球果的木质鳞片就脱落。百山祖冷杉的独特之处是冬天果鳞掉了以后,留下的果轴不凋落。

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百山祖冷杉的球果像长长的卵,直立生长。

早在1963年的一天,在浙江丽水市龙泉县林业部门工作的吴鸣翔,与同事到百山祖考察途中,发现几株表皮灰黄色的针叶树。两年后,吴鸣翔被调到庆元县的林场工作,百山祖就在林场辖区内。他利用这个有利条件,多次实地观察那几棵树,发现它们的树皮、枝叶、芽鳞、花粉及生存环境,与其他已经定名的冷杉相似。不过,要证实这就是冷杉,还须采集树的球果。多年等候未果,直到1975年,吴鸣翔又一次来到那几棵树下,发现树上结出了淡黄色球果,终于确认它们是冷杉。

1976年3月下旬,《植物分类学报》编辑部在北京召开了百山祖冷杉鉴定会。吴鸣翔在中科院植物研究所专家的指导下,完成了题为《百山祖冷杉———中国大陆东南首次发现冷杉,属稀有珍贵树种》的论文并发表。吴鸣翔成为给冷杉定名的第一个中国人。

1992年发行的《杉树》邮票共有四枚,由水杉、银杉、秃杉和百山祖冷杉组成,80分面值是百山祖冷杉。

世存最稀有针叶树

百山祖冷杉究竟是怎样凋零至此的?孢粉分析显示,在第四纪冰期时,百山祖曾有大批冷杉分布。后来随着冰期结束,冷杉分布区域变小,加之人为因素的影响,最终在百山祖1700米处形成了一个小种群分布。

百山祖冷杉只分布于南坡,而非全山散生,可能与冷杉的喜好有关——高湿、低温的环境。当地年降水量可达2300毫米;南坡地势有些凹陷,相比北坡,光照较少,温度较低。而且南坡集水沟处避风,有利于冷杉躲过火灾。

1963年,吴鸣翔第一次发现百山祖冷杉时还有8株,后来因洪水冲击、移植到别的植物园、野生动物啃食等原因死了5株。《美国针叶树协会公报》1988年记录,到1987年,百山祖冷杉野外只剩下3棵树,成为“世界上最稀有的针叶树”。据观察,其中一株为雄性株,一株为雌性株,一株可能是雌雄同株。

百山祖冷杉居住在常绿落叶阔叶混交林中,它们极其勉强地与周围乔木争夺生存空间。山中多雨的小气候,导致水对地表土冲刷厉害,土壤贫瘠,树木生长缺乏必要养分,百山祖冷杉积聚养分用于开花结实的间隔期就很长,开花机会少,有时候10年才开一次花。冷杉是雌雄异花,雌花在上,雄花在下,而且雌、雄花开花时间不同,授粉极为不易;再加上冷杉靠风媒传粉,即使开了花,可往往花期正值雨季,花粉很容易被雨水冲至地面而无法完成受精。

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百山祖冷杉有时候时隔多年才开一次花

现存的3株百山祖冷杉长势很差,种子难育,自然繁殖能力十分脆弱,被国际物种保护委员会于1987年定为“世界最濒危的12种植物之一”。它们是研究中国东南沿海冰川地质、古气候和植物区系演替的重要资料,在地理学、气候学和生物学上意义非凡,使得当地政府和林业局于1985年在当地建立了浙江省级百山祖自然保护区,1992年又上升为国家级自然保护区。

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百山祖冷杉目前野生仅存3株,极度濒危。

人工育苗 22年长2米

百山祖国家级自然保护区工作人员主要从两方面开展保育工作:一是将现存百山祖冷杉分布地划归为核心保护区,仅限科研人员活动,严禁采集;二是通过收集种子播种、枝条扦插等方式扩增个体数量,采用嫁接、实生苗移栽等手段,在核心区类似生境开展野外回归工作。

吴鸣翔等林业工作者很早就对百山祖冷杉进行保护拯救工作:19771986年间,先后采用异砧嫁接、扦插等办法一次次拯救百山祖冷杉。吴鸣翔曾谈到,异砧嫁接(选择亲和力较强的其他树种作承受接穗的植物体)如同“借腹生子”,可以暂让百山祖冷杉“延续香火”,但会改变其遗传性状,不是“纯种”;扦插繁殖类似“植物克隆”,能保存遗传性,但长势渐衰的3株母树身上并没有多少可供扦插的枝条,而且扦插成功的植株还偏矮小。虽然此前异砧嫁接与扦插繁殖有过开花结果的案例,但都算不上百山祖冷杉的“亲生子”,拯救工作“治标不治本”,最后研究人员走上了培育实生苗的道路。

百山祖冷杉长势缓慢

百山祖冷杉雌球花向上、雄球花向下,花期正值雨季,不利于花粉传播,很难长出有效种子,自我繁殖十分困难。要培育实生苗,只有等到雌雄球果同时开花结果才有机会。1991年的一天,3株冷杉中的雌、雄两株冷杉终于同时开花。研究人员爬到树上进行同株、异株间人工授粉,以提高结实率。这一年秋天,百山祖冷杉终于结出有效果实。研究人员小心翼翼采下球果,进行晾干、分离,并测定有关数据后保存。

1992年春天,他们搭起棚子,模拟与百山祖冷杉相似的自然生存环境,分批播下种子,终于培育出了百山祖冷杉的“亲生子”——实生苗(直接由种子繁殖的苗木),再进行移栽。经过22年培育,存活的39株实生苗到2014年才长到2米多高,其中有几株于当年喜结球果。

目前在百山祖山顶附近(海拔1857米),通过群落构建、移栽嫁接等方式,工作人员已成功引种数十棵百山祖冷杉,但据现场调查,还未能正常有效结实。

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1992年育苗而成的百山祖冷杉,生长了20多年,才只有2米多高。

首例百山祖冷杉胚胎培育成功

多年来,百山祖国家级自然保护区与科研院所合作,开展了百山祖冷杉遗传多样性和变异性、内生真菌、光合速率参数等研究,进行百山祖冷杉开花诱导、穗条扦插、沙培扦插、水培繁殖等试验,均取得初步成果,但成活率和保存率均不理想,能转化的成果却少之又少,成活的扦穗也难长成小树。

在一盆直径15厘米的小盆里,长着一株百山祖冷杉,你猜这是长了多久的苗?3年!

对自然繁殖困难的植物,通常会采用组织培养技术,即利用侧芽等组织材料进行人工离体无菌培养。此前,有多人利用侧芽等材料进行组织培养研究,但因各种原因均未取得成功。为给百山祖冷杉摆脱“极危”等级创造可能性,2017年8月,在浙江省林业厅支持下,浙江大学成立了百山祖冷杉抢救保护工程研究团队。百山祖国家级自然保护区百山祖管理处,与研究团队核心成员、浙江大学农业与生物技术学院陈利萍教授,签订了《百山祖冷杉组织培养研究试验》技术合同,以建立高效的百山祖冷杉离体保存及组织培养再生体系。离体保存是将植物外植体在无菌环境下进行组织培养,使其缓慢生长或停止生长,以便长期保存。

百山祖冷杉小苗

试验以百山祖冷杉未成熟球果为起始材料,将未成熟球果表面消毒后,剥取其未成熟胚,在含有各类营养成分的培养基中,进行离体无菌培养。可喜的是,近日终于培育出了世界首例百山祖冷杉胚胎,并形成幼苗。

此次胚胎培养成功为百山祖冷杉人工繁育带来全新前景,将“胚胎——种子——幼苗”的历程缩短为“胚胎——幼苗”,缓解了百山祖冷杉种子萌发率低、萌发速度缓慢等繁衍的困难。该研究成果已经申请国家发明专利。

从IUCN的《物种红色名录濒危等级和标准》相关指标来看,百山祖冷杉还将长期处于“极危”状态。当下关键的工作是组织人力、财力、物力,抓住百山祖冷杉难得的开花机会,通过人工授粉,获得有活力的种子,争取育得更多实生苗,尽快恢复和扩大野外种群。

(本文撰写过程中参考了新华网、《浙江日报》等报道,及《探绝世冷杉——百山祖冷杉综合调查报告》《对百山祖冷杉的现在、过去和未来趋势的初步探讨》《濒危植物资源冷杉的种群保育研究》《松科冷杉属植物的化石历史和现代分布》等文献,特此声明并致谢。)

如需要转载,请注明作者及转自《环境与生活》杂志

责编:叶晓婷

网编:吴燕芳


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