濒危水生蕨类植物粗梗水蕨的交配系统与保育策略

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。濒危水生蕨类植物粗梗水蕨的交配系统和生态因子对其繁殖系统的影响的背景资料显得单薄。拟采用AFLP分子标记，并结合配子体个体发育的形态和自交实验评估分布于中国的粗梗水蕨的交配系统模式。同时，开展水环境因子pH值、重金属和水体富营养化等对粗梗水蕨有性繁殖影响的研究，从繁殖协迫的角度探讨其濒危机制。结合粗梗水蕨交配系统模式和水环境因子对有性繁殖的影响的研究结果，制定粗梗水蕨就地保护和迁地保护策略。本项目的特色和创新之处在于：采用三种方法，分别从独立生活的孢子体和配子体两个世代评估其交配系统模式。同时，从水环境因子对有性繁殖的影响的角度探讨其濒危机制。从2003年起一直对该材料进行研究，已发表与项目相关的论文近20篇，SCI 4篇。

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。粗梗水蕨现已被列为国家二级重点保护野生植物，其交配系统和生态因子对其繁殖系统的影响的背景资料略显单薄。主要研究内容和结论如下：.1. 采用AFLP分子标记，并结合配子体个体发育的形态和自交实验评估了分布于中国的粗梗水蕨的交配系统模式。.⑴ AFLP分子标记分析表明：在物种水平，多位点异交率（tm）和单位点异交率（ts）分别为0.999 和0.863，表明粗梗水蕨有较高水平的杂交率。近交指数（tm - ts）和固定指数（F）分别为 0.136和 0.507，表明粗梗水蕨的近交率较低。可见，粗梗水蕨是一个趋向于异交的物种。.⑵ 三个粗梗水蕨种群（蕲春八里湖BLH、武汉涨渡湖ZDH、沉湖WCH）的配子体发育显示：雌雄同体配子体比例都较高，在83.6%～86.8%之间，表明粗梗水蕨可能有较高水平的自交潜能。.⑶ 自交实验表明：BLH、ZDH和WCH种群的自交成活率分别为72.9%、75.0%和77.8%，平均值为75.2%，表明粗梗水蕨有较高的自交率。其结果与AFLP分析的结果不一致。然而，我们认为两种评价方式的结果是不矛盾的，是粗梗水蕨为了适应不同的环境而采取的不同繁育策略，是种内交配方式改变的结果。由于粗梗水蕨配子体有雌雄同体的特性，因此在隔离培养下优先选择极端的完全自交方式。在自然种群特别是较大的自然种群，以异交为主，而在小种群自交相对较高。可见，二倍体同型孢子蕨类植物粗梗水蕨趋向于异交，也存在一定水平的自交，交配方式可以改变。这一结果为科学制定其保护策略提供了理论依据。.2．开展了水环境因子pH值、重金属（Hg2+，Pb2+，Cd2+等）和水体富营养化（总磷、总氮和N/P）等对粗梗水蕨有性繁殖影响的研究，从繁殖协迫的角度探讨了其濒危机制。结果表明水环境的变化如pH值的改变、重金属污染和水体富营养化能通过影响孢子的萌发、抑制配子体生长、推迟颈卵器形成时间和降低其数量，从而降低其有性繁殖能力。这一结果也为保护其生境提供了科学依据。.3．制定了保护策略。.鉴于粗梗水蕨倾向于异交，建议在实施迁地保护时要尽可能使不同种群进行混合培育，促进异交，减少近交，提高基因交流。同时，保护粗梗水蕨的水生生境。