景寧木蘭保護生物學研究進展

徐建恩，石從廣，申亞梅，仇建習，李因剛，諸葛菲，周偉琴，楊偉麗

（1.麗水市蓮都區峰源林業工作中心站，浙江 麗水 323000；2.浙江省林業科學研究院，浙江 杭州 310023；3.浙江農林大學 風景園林與建筑學院，浙江 杭州 311300；4.麗水市蓮都區生態林業發展中心，浙江 麗水 323000）

景寧木蘭Magnolia sinostellata為木蘭科Magnoliaceae 木蘭屬Magnolia落葉灌木或小喬木[1]，其花期早、花型獨特、花色多變、枝葉扶疏，是優良的花灌木，具有較高的科學研究和園林觀賞價值[2-3]。景寧木蘭于1984年首次在浙江景寧草魚塘分場被發現，并在1989 年被植物分類學家裘寶林和陳征海定名為木蘭屬新種[4]，是浙江特有種[5]，也是浙江省重點保護的瀕危物種[6]。因為種群數量稀少、分布區域狹窄和結實率低的原因，2012年，景寧木蘭被列入浙江省重點保護野生植物名錄（第一批）；2016 年，被國際植物園保護聯盟（BGCI）、動植物保護國際（FFI）和全球樹木專家組織（IUCN/SSC）等聯合出版的《木蘭科植物紅色名錄》修訂版（2016年3 月）列為瀕危植物（En）[7]。因此，為進一步揭示景寧木蘭的瀕危機制，本文從分布特征、繁育系統、遺傳多樣性、逆境脅迫等方面綜述了景寧木蘭的保護生物學研究現狀，綜合分析當前研究存在的不足和問題，并對今后的研究方向進行了展望，為進一步深入研究和保護景寧木蘭提供理論依據。

1 景寧木蘭研究進展

1.1 自然分布及生境特征分析

景寧木蘭自然分布區極其狹窄，主要分布于浙江省景寧草魚塘森林公園、松陽牛頭山地區、麗水蓮都峰源鄉及溫州雁蕩山風景區這4 個地區[3,8-10]。其中，松陽牛頭山區域內的種群的株數最多，有250 株，在海拔1 000 m 以上成群分布；景寧草魚塘森林公園（景寧縣林業總場草魚塘分場）有130 株；麗水蓮都區峰源鄉約有70株，分布較為分散；溫州雁蕩山風景區分布最少，僅發現5 株，并且各株之間距離較遠。在麗水蓮都區峰源鄉葑垟村海拔968 m 處，發現較多數量的居群，主要分布于小溪邊；在峰源鄉尤源村海拔972 m 左右發現2 個居群，每居群約20 叢，長勢良好。2021 年，梅中海等[10]采用實地調查發現，浙江景寧草魚塘國家森林公園內景寧木蘭分布于海拔950～ 1 250 m 的中高山區域，共發現有野生景寧木蘭群落7 個，計211 叢1 787 株。從4 個區域的具體分布看，景寧木蘭主要分布在浙南山區的北坡（陰坡），喜歡陰涼濕潤、水分充足的環境，多呈分散性分布，少有成群分布，垂直分布在海拔750～ 1 300 m 的區域。

對景寧木蘭生境群落特征的研究顯示，景寧木蘭多生長于光照充足的針葉林群落，在針闊混交林群落和闊葉林群落分布較少。周秀蘭等[8]的調查結果顯示，景寧木蘭群落主要分布于浙南中山的陰坡山溝或小溪邊，伴生植物主要為箬竹Indocalamus tessellatus，杜鵑屬Rhododendron、吊鐘花屬Enkianthus、櫟屬Quercus植物和黃山松Pinus taiwanensis等。余澤智等[3]對景寧木蘭群落的空間結構和物種多樣性的分析結果表明，景寧木蘭群落中喬木層、灌木層和草本層3 個層次間物種多樣性的差別不大，物種分布較為均勻，灌木層物種相對豐富，其主要分布區群落中，植物種類不多，物種豐富度和多樣性處于較低水平，結構較為單一，容易受到外界干擾與破壞。由此推斷，群落結構單一且不穩定是導致景寧木蘭瀕危的重要因素之一。

1.2 繁育特性研究

景寧木蘭主要以蟲媒傳粉和自花授粉為主，但是由于景寧木蘭存在雌蕊后熟現象，因此多為異花授粉，景寧木蘭的傳粉媒介主要以蜜蜂等為主，然而，在自然條件下，景寧木蘭的自花授粉結實率僅為1.0%；自然條件下去掉花被片的結實率為4.0%；人工授粉處理的結實率為12.0%[11]。陳翔翔等[12]通過人工雜交實驗發現，花粉管可以生長至花柱，但是進入花柱后，花粉管會出現扭曲，導致不能受精，影響胚發生，是導致景寧木蘭結實率低的直接原因。

植物受精成敗受花粉活力、柱頭生活力和環境溫度、濕度等影響。在自然條件下，花粉是遺傳信息的載體和交流工具，其生活力直接影響植物授粉受精乃至座果[13]。研究表明，培養基中添加5%蔗糖和0.01%H3BO3有利于景寧木蘭花粉萌發，花粉的萌發率最高可達93.96%[14]，在30 g·L-1蔗糖、200 mg·L-1H3BO3+200 mg·L-1CaCl2的液體培養基上花粉的萌發率可達74.56%[15]，且研究進一步顯示，新鮮花粉活力顯著高于干燥及冷藏處理的，但在室溫下花粉生活力喪失較快，4℃低溫相對于常溫可使花粉具有較高生活力，但延長花粉活力時間有限（延長10 d 左右），而更低溫（-20℃和-80℃）有利于花粉生活力的保持。

1.3 遺傳多樣性分析

一個物種的長期生存，依賴于其居群內和居群間足夠的遺傳變異以適應不斷變化的生境條件。WANG 等[16]發現景寧木蘭在原生地不同居群間具有較為豐富的遺傳多樣性，其中景寧居群、松陽居群與蓮都居群間的遺傳多樣性差異不明顯，而雁蕩山居群的遺傳多樣性水平較低，4 個分布區均出現一定程度的遺傳漂變，居群間遺傳分化現象嚴峻，對其授粉、結實和種群更新造成一定影響，從而進一步解釋了景寧木蘭瀕危的主要原因。

在與其他木蘭屬物種親緣關系比較結果顯示，運用ISSR 分析比較時，景寧木蘭與天目木蘭M.amoena的遺傳距離最近，親緣關系也最近[17]；運用AFLP 分析結合形態分析結果支持將景寧木蘭、天目玉蘭與望春玉蘭M.biondii同歸為望春玉蘭組Sect.Buergeria[18]；運用EST-SSR 標記分析結果表明，可以將玉蘭亞屬Subgen.Yulania材料分為白玉蘭Y.denudata類群和望春玉蘭類群等4 個類群，進一步證實了景寧木蘭和天目木蘭親緣關系較近，被歸入望春玉蘭類群[19]。

1.4 非生物環境因子對景寧木蘭脅迫的影響

景寧木蘭產于浙江，且多分布于針葉林群落下層或北坡溝谷附近，零星分布于針闊混交林群落、常綠闊葉林群落與毛竹Phyllostachys edulis林單優群落[9]。但俞芹等發現，景寧木蘭屬陽性植物，實驗期內幼苗對水分脅迫不敏感，也適應一定的遮陰環境，且適當的遮陰能促進其生長[20-21]。但在景寧木蘭生殖發育過程中，需要一定的光照才能促進其開花結果。而在野生環境下，上層喬木的遮陰可能是限制其生長發育的重要因子[22]。因此，陸丹迎等[23]采用成年的景寧木蘭為研究對象，通過模擬自然遮陰條件處理，結果發現9 個MsPIFs 家族基因表達均發生不同程度的變化，其中MsbHLH23 基因的表達變化較其他基因更為明顯，在遮陰處理5 d 和10 d 時，MsbHLH23 基因的表達量上調，分別為對照的52.77 與20.03 倍，且隨著處理時間的延長，其激素水平呈現了相應的變化。由此說明上層喬木遮陰抑制了景寧木蘭的生長發育，從而限制其種群更新復壯。

以上研究結果顯示，景寧木蘭性喜溫涼濕潤、水分充足的環境，但隨著全球氣候變暖，極端氣溫頻繁發生，高溫環境嚴重影響著植物的生長。劉璐[24]以景寧木蘭分蘗苗為研究對象，采取高溫脅迫處理，結果表明，隨著脅迫的增強，光合特性以及酶活性等發生變化，如葉片中碳同化酶類如1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶Rubisco、果糖-1,6 二磷酸酶FBPase、蔗糖磷酸合成酶SPS 的活性，并影響了景寧木蘭葉片中糖類物質的運輸和分配，使蔗糖、葡萄糖、果糖含量降低，淀粉積累量增加，以應對高溫脅迫產生的傷害，但是在高溫持續48 h 時，景寧木蘭出現嚴重的脅迫現象。

綜上表明，與木蘭科其他植物類似，景寧木蘭對逆境有一定的適應性，遮陰、積水和高溫脅迫觸發了相關基因上調表達，增加葉片內抗氧化酶活性，增加葉綠素合成，提高凈光合速率，使得景寧木蘭在遭遇非極端逆境下也能維持正常生長，這為景寧木蘭的引種栽培和在城市中的推廣應用提供了理論依據。

2 景寧木蘭研究中存在的問題

2.1 涵蓋的生活史階段不全面

就生活史階段來說，以往的研究主要集中在景寧木蘭種子和幼苗階段，雖然已有研究開展了景寧木蘭生物學特征[1-2]、生長節律和物候期[2,11]、繁殖器官特征[11,25]、花粉活力[13-15]、傳粉特征和自交親和性[12]等方面的研究，并以此推斷出可能的瀕危原因和保護對策，但有關景寧木蘭雌雄配子體發育和胚胎發育過程的研究幾乎空白，需要從生理學、細胞學和解剖學的角度深入研究景寧木蘭成年植株開花多但結實率低、種子萌發率低的原因。建議今后研究可通過長期監測景寧木蘭，重點關注小苗至成年灌木階段生活節律、成活率等參數與環境的關系。

2.2 種間互作研究匱乏

目前，有關景寧木蘭的研究主要針對其個體或種群，針對景寧木蘭群落的研究仍較少[3,9]。關于景寧木蘭與其他植物的競爭、與動物（尤其是昆蟲）和微生物的互作如何影響景寧木蘭在群落中的生存和繁衍的研究更是少見報道。余澤智[3]的調查顯示，景寧木蘭群落所處的演替階段不同，所在群落的空間結構、優勢種和物種多樣性會有很大差異，但是對于群落中的優勢種如何與景寧木蘭互作、群落物種多樣性對景寧木蘭的生長和繁殖到底有什么影響等關鍵問題仍然知之甚少。

2.3 無性擴繁技術不夠成熟

盡管景寧木蘭的扦插和嫁接技術取得了成功[26-28]，且可以應用到生產實際中，但景寧木蘭作為瀕危植物，可供扦插和嫁接的穗條有限，導致了其不能通過扦插和嫁接實現大規模無性擴繁。

根孽萌芽方面，目前僅有相似種星花木蘭M.tomentosa的相關報道，TAMAKI 等[29]對星花木蘭所在的暖溫帶次生林樣地所有植被進行凈伐，發現部分星花木蘭植株在采伐后第二年萌發出花蕾，第三年春季和夏季開花結果，推測星花木蘭具有較強的萌蘗能力。組織培養方面，王靚穎等[30]從外植體類型的選擇、消毒時間、預處理方法、離體培養條件和抗褐化劑類型選擇等方面進行研究，篩選出景寧木蘭組織培養的最佳方案，但不論何種外植體，在繼代培養過程中均存在較嚴重的污染和褐化現象，阻礙了組織細胞的分化，雖然通過外植體消毒和添加抗褐化劑能減緩污染和褐化，但組培僅局限于初代和繼代培養，距離誘導愈傷和生根還有不少問題需要解決。郎校安等[31]發明了一種景寧木蘭腋芽組織培養的繁育方法，此發明所提供繁育方法可加快景寧木蘭的繁殖速度，且得到的景寧木蘭移栽苗木能保持母種特性，但縱觀專利的權利要求書，發現景寧木蘭帶腋芽莖段經過初代、繼代和生根培養，直接從腋芽生長成幼苗，沒有涉及到誘導愈傷和增殖培養，不僅外植體的選取范圍有限，而且繁殖系數較低，無法滿足生產實際中的大規模無性擴繁。因此，還需對景寧木蘭的無性繁殖技術特別是組織培養和根孽繁殖做進一步研究，以滿足實際生產中大規模無性擴繁的需要。

3 小結和展望

綜上所述，國內外專家學者已經從天然分布特征、繁育系統、遺傳多樣性、逆境脅迫等方面對景寧木蘭作了廣泛的研究，這些研究很好地展現了景寧木蘭的種群生態學、繁育系統、分子生物學和逆境生理學特征，揭示了景寧木蘭種群的瀕危原因。本文通過梳理，總結出3 條導致景寧木蘭進入瀕危狀態的主要原因：首先，花粉進入柱頭后存在受精障礙導致景寧木蘭自交不育或少育（結實率低）；其次，景寧木蘭群落結構單一且不穩定，易受外界干擾和破壞；最后，群落所形成的遮陰削弱了景寧木蘭幼苗的生長勢。在后續的研究中，需采用綜合技術手段，長期監測原生境中景寧木蘭種群的動態變化，進而通過多學科交叉深入研究景寧木蘭的瀕危機制，為景寧木蘭的保護和繁育提供理論依據。