珍稀植物銀杉瀕危因素及種群擴大研究進展

買凱樂，朱昌叁，馮立新，高照陽，劉 宏，覃 琨，蘇杰南，林上海

（1.廣西生態工程職業技術學院 廣西珍貴鄉土樹種良種培育中心，廣西柳州 545004；2.廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧 530002；3.上海騫翮科技有限公司，上海 201109；4.廣西桂林花坪國家級自然保護區管理局，廣西桂林 541700；5.廣西大瑤山國家級自然保護區管理局，廣西來賓 545700）

銀杉（Cathaya argyrophylla）為松科（Pinaceae）銀杉屬植物，為國家一級保護珍稀瀕危植物，是三百萬年前第四紀冰川殘留下來的裸子植物，為我國特有、世界珍稀植物，被稱為植物界的活化石、大熊貓。1955年，銀杉最早被發現于廣西花坪鎮；1962年，被確認為新屬、新種[1-2]。銀杉主要分布于廣西、湖南、四川和貴州4?。ㄗ灾螀^）[3-6]。根據《全國極小種群野生植物拯救保護工程規劃（2011—2015）》，銀杉種群極小，數量不足5 000株，已被列入極小種群保護物種名錄。銀杉種群的研究和保護得到廣泛關注。

銀杉的研究和保護具有重要的社會價值，且對松科植物系統發育和進化的研究有重要的參考價值[7]。目前，已從銀杉生物學特性[8]、種群特征[6]和人工育苗[9]等方面進行較系統的研究工作，探討銀杉種群衰退原因和育苗技術對于銀杉保護具有重要作用。該文從銀杉種群衰退因素及苗木繁育等方面進行總結和分析，為銀杉種群的擴大和保護、苗木繁育提供參考。

1 影響銀杉種群衰退因素分析

1.1 生境破壞使種群規模減小

在新生代第三紀，銀杉曾廣泛分布于北半球的亞歐大陸；經歷第四紀冰期，銀杉、水杉（Metasequoia glyptostroboides）和銀杏（Ginkgo biloba）等珍稀植物在沒有受到冰川影響的獨特環境中被保存下來[10]。

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，過去100多年間（1901—2012年），全球地表年平均氣溫升高0.89℃，全球地表年平均氣溫到21世紀末將升高3.0～4.8℃。全球氣溫升高對珍稀瀕危植物的分布范圍有較大影響[11]；全球氣候變化對銀杉生境有巨大影響，會使銀杉處于瀕危狀態。基于MaxEnt模型和ArcGIS軟件，利用點位數據和當前生物氣候因子及IPCC提供的冰期氣候數據模擬銀杉在冰期的適宜生境分布，預測未來2050和2070年銀杉的潛在適宜生境分布；結果顯示，宏觀尺度上，影響銀杉潛在分布的因素主要是氣候變化，表現在適宜生境的面積變化、生境轉移特征和質心轉移；從過去到當前，銀杉適宜生境面積減少0.92%；從當前到未來，銀杉適宜生境面積呈先增加后減少的趨勢，但總體適宜生境占研究區域面積的比例很?。粡倪^去到當前，銀杉潛在適宜生境向高緯度地區轉移；從當前到未來，銀杉潛在適宜生境主要向低緯度地區轉移；氣候變化對銀杉適宜生境的景觀指數影響主要表現為斑塊數量增加、斑塊密度增加和形狀指數變大，對分離度與聚散性影響較小[12]。從當前到未來，銀杉生境呈零星化、破碎化分布[12-13]。

人為活動也會對銀杉生境產生影響。人為工程建設、旅游開發和過度墾荒等活動破壞銀杉原有的生境，使銀杉生境破碎化或面積變小，種群規模減小[14]，加速其瀕危程度。

1.2 生物學特性及動物采食使繁殖成功率低

銀杉為雌雄同株異花授粉植物，胚發育的過程與松屬（Pinus）植物胚發育的過程非常接近[15]。銀杉有性生殖周期較長，從胚珠原基形成到種子成熟歷時30個月，會遭遇許多不良生境，如梅雨、低溫等，使胚珠發育受到影響，種子結實量低[8]。銀杉雄球花少，比雌球花花期早10～15天；雌球花成熟時，花粉大部分已散失，花期不遇現象較多[16]。銀杉結實大小年現象明顯，座果率低，癟粒多[17]。銀杉球果成熟后，15%在樹上的球果被昆蟲、鳥類和哺乳類動物取食；落到地表的球果幾乎全被鳥類和鼠類取食，只有埋于土壤較深層（3 cm以下）的種子才能保留，種子存活數量極少[8]。天然銀杉種子萌發后，幼苗生長極其緩慢，生長質量不高，幼苗、幼樹死亡率高，是銀杉種群自然更新困難的重要制約因素之一[16,18-19]。銀杉本身的生物學特性及動物捕食使其繁殖成功率低。

1.3 根際微生物數量制約個體生長

銀杉幼苗根系尤其是側根的生長對菌根有一定依賴[20-22]。邢樹堂[21]和孫雪[22]根據菌根學，利用植物組織培養技術，在無菌條件下，將銀杉種子培養為無菌幼苗，再將空團菌（Cenococcum geophilum）與銀杉接種，誘導出銀杉擬菌根結構；結果表明，銀杉根際菌根可以促進銀杉側根的生長，提高幼苗生長質量。易思榮等[23]對自然銀杉群落中根際微生物的種類、數量及其與季節、海拔和土壤深度的關系進行研究，結果表明，銀杉群落根際微生物的數量和類群與其他松屬植物相比，在不同海拔和不同季節顯著偏少，并隨土壤深度的增加而顯著減少，這可能是銀杉種子萌發、個體生長的制約因素之一。

1.4 種群遺傳多態性使瀕危風險增加

銀杉的分布范圍窄，致使遺傳多樣性過低，對環境的適應力低，進化慢，進一步提高了瀕危的風險。Wang等[24]采用DNA標記的方法，對湖南、四川的銀杉群落及銀杉的譜系地理進行研究，結果表明，銀杉的遺傳變異水平低于其他針葉樹，銀杉群體無擴張，與群落中其他物種競爭時，優勢極弱。銀杉種群長期隔離，群體差異變大，種群繁殖率低、成活率低，物種競爭力弱，種群遺傳變異水平低，限制銀杉種群的擴張[25-26]。

1.5 群中競爭使種群更新困難

銀杉對光的需求量大，在群落中，只有光照充足的條件下幼苗才有機會生長。銀杉幼樹進入成年期，在群落競爭中處于不利地位[8]。謝宗強[27]和樊大勇等[28]對銀杉林林窗的研究表明，銀杉幼苗的生長在林窗內和林窗邊緣均占優勢地位；銀杉與群落中其他物種競爭時，逐漸處于劣勢地位，威脅其生存。銀杉幼苗與群落中其他物種相比，競爭力弱，幼苗生長受到壓制，是銀杉群落更新困難的制約因素之一。在植被自然演替中，像銀杉這樣更新困難的孑遺物種很可能將在群落的種間競爭中被淘汰。

1.6 群落分布特征使種群演化衰退

我國現存的銀杉主要分布于亞熱帶，但銀杉群落有很強的溫帶分布群落特征，銀杉群落處于脆弱的平衡中，銀杉與本地樹種混交，不能成為本地優勢種和群落建群種，容易被灌叢或闊葉群落替代，加重物種滅絕演替[29-33]。

銀杉種群均表現為分布碎片化、島嶼化；種群小，甚至單株散生；年齡結構不合理、徑階不連續，更替困難，出現衰退趨勢[34-36]。銀杉種群中0～40齡級的個體擁有光照條件和養分條件較好的林窗時，死亡率較低，銀杉在40～80齡級、80～120齡級死亡率達到高峰[37]，高齡級種群衰退不利于種群演化。

2 銀杉種群保護與擴大的對策和建議

2.1 加強就地保護，增強群落競爭力

極小種群野生植物因其分布地域狹窄、種群衰退嚴重及個體數量低于穩定存活界限，是急需優先拯救的重點保護瀕危植物。優先保護極小種群野生植物有利于保護物種多樣性、維護生態平衡。就地保護是其保護的主要措施之一[37-38]，中國自然保護地總數量已達1.18萬個，總面積占陸域國土面積的18%[39]。廣西對銀杉的主要就地保護措施為建立廣西桂林花坪國家級自然保護區、廣西大瑤山國家級自然保護區，加強對銀杉的研究，進行銀杉保護宣傳和教育等工作[40-41]。

針對上述影響銀杉種群更新的主要因素，可采用疏伐銀杉群落中的競爭樹種、開辟林窗和接種菌根菌等措施。

銀杉的天然更新方式是典型的林窗式更新，銀杉幼苗生長初期需要光照，成年樹生長需充足的陽光，林窗內銀杉幼苗的高生長量明顯大于遮蔭樹冠下的銀杉幼苗?？砷g伐競爭樹種，建立適當疏透度的林窗，減少林下郁閉度，創造有利于幼苗生長的微環境，促進幼苗單株的存活[42]。利用林窗，開展目標樹種補植。在銀杉天然或人工林中，利用天然或人工開辟的林窗，補植一定苗齡的銀杉壯苗，栽植基質中添加營養物質及補充菌根菌，與銀杉根系共生形成根系微環境，促進林下補植幼苗的生長和成苗[43]，增加銀杉幼苗在群落中的競爭力。

在銀杉群落中，創造適合銀杉結實和生長的微環境。在銀杉天然群落中，銀杉原地保護是保護銀杉的主要手段，可選擇銀杉優良母樹采種[44]，提高播種育苗成活率和結實率；加強銀杉幼苗病蟲害防治、根系接種菌根菌等，促進銀杉樹體生長。

2.2 開展多樣化苗木繁育

苗木繁殖包括播種育苗和無性繁殖育苗（扦插、嫁接和組織培養育苗等）。

2.2.1 播種育苗

研究人員在廣西花坪、重慶金佛山和貴州大沙河開展銀杉育苗試驗，結果顯示，銀杉種子出芽率為90%[45]，3年生銀杉種子的成苗率為72.1%[46]，6年間幼苗存活率為63.3%[46]；播種育苗成活率較高。此外，即采即播的方式，幼苗成活率也較高[47]。銀杉種子具有休眠現象，對種子進行短期干藏，再用濕砂層積處理或者激素處理，有利于提高出苗率[45]。以30 ppm 2，4-D、50 ppm萘乙酸或50 ppm激動素對銀杉種子浸泡24 h，銀杉種子發芽率可提高17.5%～22.5%[48]。適宜的溫度、濕度、無或少病蟲可以促進銀杉發芽和生長[49]。陳崇征等[50]采用生態控制技術進行有害生物防治研究，將銀杉瀕死率由9.5%降低到3.7%，健康率由42.4%提高到58.5%。對銀杉種子進行合理儲存，對種子適度催芽，做好苗期幼苗撫育及病蟲害防護，降低銀杉幼苗、幼樹的死亡率，可提高苗木存活率和生長質量，是促進銀杉種群天然更新的必要手段。

2.2.2 無性繁殖育苗

無性繁殖指不需要經過受精過程，由母體的一部分直接變成新個體的繁殖方式。黃正福等[48]和張祖榮等[9]以成年銀杉的1～2年生長6～12 cm、帶葉枝條作為插穗，經清水浸漬及生長激素處理，以砂為扦插基質，3個月后發現僅有少量插穗形成愈傷組織，鮮有生根。以銀杉1年生枝條為接穗，利用插皮接、切接、腹接和劈接等嫁接方法，以2年生或3年生濕地松（Pinus elliottii）為砧木，以16年生銀杉的1年生枝條為嫁接或高壓繁殖材料，嫁接成活率極低，高壓壓條繁殖經近120天的培育，有愈傷組織產生并有少量根系生成，約20%成活[51]。在春季（4月），以1年生濕地松為砧木，采用嫩枝劈接，并對嫁接苗進行2個半月的特別護理，當年7月，嫁接成活率為17.4%[52]。銀杉扦插生根困難，嫁接成活率低，現階段不適宜作為保護和擴大種群的措施。

除扦插與嫁接外，無性繁殖技術還包括器官發生和體細胞胚發生技術。銀杉組織培養的研究主要集中在器官發生；利用銀杉的針葉、枝條、子葉和胚軸等外植體，以0.1%升汞（HgCl2）和酒精進行消毒，種植在MS、LP和White等、pH值為5.5～5.8的培養基上，添加6～10 g/L瓊脂和30 g/L蔗糖及激素（6-BA、NAA和2，4-D等），培養溫度為26～27℃，可快速誘導組織培養幼苗[53-55]。大量快速誘導出的組織培養幼苗，可用來進行林下補植、營造純林，擴大銀杉種群。體細胞胚發育是近年來林木繁殖的熱點，該技術主要利用林木的外植體如根、莖和葉等部位直接誘導胚細胞，培育成可萌發成完整植株（有根、莖和葉）的成熟胚[56]。體細胞胚胎具有雙極性、繁殖快和遺傳專一的優點，適用于要保持母本優良品質、又難生根的松科樹種的一種很好的快繁方法。銀杉的體細胞胚發育與松科植物相近，可借鑒松科植物的體細胞誘導方法，采用未成熟胚、胚軸等作為外植體，采用改良的MS[57]、DCR[58]和White[59]等培養基，開展體細胞胚的誘導、增殖和萌發等研究，完成銀杉體細胞胚發生及植株再生技術體系的建立。體細胞胚發育能為銀杉離體種質資源保存、基因工程改造等提供參考。

2.3 加強宣傳力度

加強銀杉保護工作的宣傳教育力度和投入。作為地方的“熊貓植物”名片，加大對銀杉等瀕危植物保護工作的宣傳力度，利用公益廣告、短視頻平臺開展宣傳工作；借助生態科普教育基地、自然保護區等平臺，面向社會人員和學生開展銀杉的保護和宣傳教育活動；基于當前先進的科學技術，開展一系列的科普、科研和教學等活動；開展生態定位監測，及時向外界公開監測進度情況；公開研究進展和結果，提高民眾的關注度、參與度[60]。

3 展望

自銀杉被發現以來，對其研究整體進程為前期研究較快，后期研究緩慢。主要原因是銀杉種群小，僅在我國4省（自治區）有少量分布，試驗材料珍貴，采集困難。因銀杉具有孑遺植物的特征，如不加以保護，該物種消失是不可避免的趨勢。建立瀕危植物的保育機制，擴大銀杉種群，建立成熟的育苗技術體系促進銀杉種群更新是延緩或阻止銀杉滅絕的關鍵所在。隨著銀杉苗木繁育技術的發展，銀杉種群能實現天然更新和種群擴大，可作為優質木材和園林綠化觀賞樹種。