濒危植物扇脉杓兰的保护生物学研究

Cypripedium japonicum Thunb. is a rare and endangered terrestrial orchid. For conversation and genetic improvement, breeding system，embryo development and genetic diversity of natural populations of C. japonicum will be studied. The breeding System of C. japonicum will be conducted in natural populations and the embryo development will be observed through conventional paraffin section, semithin section, scanning electron microscope. The results will used for the analysis of the endangered reason. At the same time, the genetic diversity and population structure of the natural populations of C. japonicum will be analyzed by AFLP. The percentage of polymorphic loci, genetic differentiation coefficient and gene flow will be calculated, and correlation between geographical distance and genetic distance will be tested. Some conservation strategies will be proposed based on the genetic results and biological property of C.japonicum.

扇脉杓兰是一种珍稀濒危的地生兰，具有较高的观赏和药用价值，是国家一级保护植物。为了有效保护和合理利用该物种，本研究拟系统地开展扇脉杓兰的繁育特性、胚胎学发育特征及居群遗传多样性研究。通过对扇脉杓兰野生种群繁育系统的定点观察，明确其交配方式，重点分析其自然结实率低下的生物学因素；并采用石蜡切片、半薄切片、扫描电镜等技术对其大小孢子发生、胚胎发育、胚珠分化及种子形成过程进行研究，了解扇脉杓兰的生殖特点，分析影响种子败育的原因；同时采用AFLP标记技术对其遗传多样性及遗传结构进行研究，计算不同居群对整个物种遗传多样性的遗传贡献率，阐明遗传变异水平及其在空间上的分布特征。综合分析繁育系统对种群遗传结构的影响及其相关性，揭示扇脉杓兰濒危的生殖学及遗传学机制，确定优先保护种群，提出科学的保护策略。

扇脉杓兰是一种珍稀濒危的地生兰，是国家一级保护植物。为了有效保护和合理利用该物种，本研究系统地开展了扇脉杓兰的繁育生物学、胚胎学发育特征及居群遗传多样性研究。.种群调查及繁育生物学方面的研究发现，自然状态下扇脉杓兰以分株繁殖的方式维持种群的更替，种子繁殖能力差。每个基株上只有一个休眠芽，且休眠芽不能全部发育为花器官。扇脉杓兰杂交指数OCI为 4。人工进行的自花授粉和异花授粉均能够结实，座果率均达到90％以上，明显高于自然状态下的5%的结实率。在野外没有发现其相应的传粉昆虫，这可能是扇脉杓兰自然居群结实率低的直接原因。.胚胎学方面的研究发现，扇脉杓兰授粉后胚珠原基开始发育，珠心细胞经过减数分裂和有丝分裂过程，最终形成8核成熟胚囊。大孢子发育过程中部分细胞发育不完全，核结构扭曲紊乱或产生空腔。雌配子体形成过程中部分胚囊发生败育，败育率为12%。授粉后扇脉杓兰花粉正常伸长并能完成受精作用，不阻碍有性生殖过程。种胚发育时，合子第1次不均衡横裂形成基细胞和顶细胞。基细胞为胚柄细胞，顶细胞经过有丝分裂最终形成球形胚体。成熟种子只具简单的球形胚，外具2层种皮，不具胚乳。部分败育种子表现为无种胚结构。形胚体不再进一步分化，这一状态直接与种子萌发能力低下有关。.分子标记分析表明，扇脉杓兰的物种遗传多样性水平（PPL = 38.53%，H = 0.1273，I = 0.1928）和居群遗传多样性（PPL = 11.19%，H = 0.0416，I = 0.0613）水平都较低。Mantel检测发现，居群间的遗传距离与地理距离之间并不存在显著的正相关关系（r = –0.3429，p = 0.8850）。居群间基因流有限（Nm ＝ 0.2450）。另外，对浙江省内6个扇脉杓兰天然居群进行遗传多样性分析，结果同样表明扇脉杓兰居群的遗传多样性较低。.综合以上研究结果，提出了就地生境保护、人工基因流等相应的保护策略，特别提出了采用人工授粉等策略增加结实率，以及开展组织培养工作，建立快速繁殖体系等具体措施。研究结果为扇脉杓兰的濒危机制和繁育保护提供了生物学证据。