珍稀濒危蕨类植物白桫椤的交配系统与保育策略研究

Sphaeropteris brunoniana (Hook.) R. M. Tryon is the only Sphaeropteris species of Cyatheaceae found in mainland China. It is a large tree fern with erect rhizome and considered as relicts of a time when dinosaurs were common. It was listed in the Convention on International Trade in Endangered species (CITES) in 1975 and in the secondary category of state-protected wild plants in China in 1999. Plant mating system is theoretically considered as a significant factor which has the most apparent effects on population genetic diversity and genetic structure. Therefore, it is practically useful in breeding and conservation of endangered species. Studying mating system of S. brunoniana can provide essential information to develop its effective conservation strategies. This program will be through SSR molecular marker and characters of isolated/paired gametophyte cultures to determine mating system of S. brunoniana. Moreover, the ecological coerced factors in the sexual propagation of S. brunoniana will be studied through controlled experiments. The results of this project will be used to provide the foundation for formulating and implementing conservation and management strategies for this endangered species.

植物的交配系统一直被视为影响植物种群遗传多样性和遗传结构最为重要的因素之一，在具体实践中，它能指导濒危植物的遗传育种和保护。白桫椤是中国大陆唯一的桫椤科白桫椤属植物，是一群古老的孑遗树状蕨类，它们是白垩纪时期遗留下来的、与恐龙曾是同时代的植物，被列为《野生动植物濒危物种国际贸易公约》(CITES)附录Ⅱ物种，是国家二级重点保护植物。目前它们在野外的状态不容乐观，对白桫椤开展交配系统和保育策略研究，对保护该物种以及其它桫椤科植物都有重要的科学指导意义。本项目拟通过SSR分子标记以及配子体隔离单培养和双培养，确定白桫椤的交配系统模式，以期了解其种群的交配行为及其维持其种群遗传多样性的意义；并通过控制实验，探讨白桫椤有性繁殖阶段的生态迫胁因子与其濒危的关系，为白桫椤的遗传管理方案和保育策略的制定提供理论依据。

开展濒危植物交配系统的研究，对于繁育生物学、生物多样性保护和管理具有重要意义。发生在物种繁殖阶段的环境胁迫，往往会对物种的繁殖和种群的更新产生决定性的影响。白桫椤是一群古老的孑遗树状蕨类，是国家二级重点保护植物，本项目利用SSR分子标记和配子体培养实验确定了其交配系统，探讨了生态因子对其繁殖系统的影响，并根据研究的结果提出了其保护策略。通过开发、筛选的9对多态性扩增引物，对白桫椤10个居群183个体开展了SSR基因分型实验，结果显示：白桫椤具有高水平的异交率以及低程度的近交率。配子体培养实验中发现白桫椤具有较高的自交潜能，在极端条件下能进行完全自交。可见，白桫椤的交配系统趋向于异交，也存在一定的自交能力，属于混合交配模式，在一定条件下能改变其交配方式以适应不利环境。白桫椤高水平的遗传多样性与其偏好于异交的交配方式有很大关系。生态因子控制实验表明：生长密度、光照以及氮、磷对白桫椤的孢子萌发、配子体发育以及生殖结构的形成都有影响，从而影响其有性繁殖。鉴于白桫椤倾向于异交，建议在实施迁地保护时要尽可能在不同地区的居群内进行混合取样，从而促进异交，减少自交或近交的机会；同时需保护其生境，减少人类活动对其生境的破坏。