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珍稀植物蒜头果保护生物学研究

赖家业  
【摘要】: 蒜头果(Malania oleifera Chun et S.K Lee)是在20世纪70年代发现的,隶属铁青树科(Olacaceae)蒜头果属(Malania),为我国特有的单种属植物。蒜头果仅自然分布于云南东南部和广西西部的狭窄区域。蒜头果种子富含油脂,是合成麝香酮(muscone)的理想原料,具有较大的开发价值。蒜头果的现存资源量稀少,已被列为国家二级保护植物。 本文通过对蒜头果地理分布与环境因子的关系、立地条件、形态与解剖特征、群落与种群的特征、居群遗传多样性、种群的传粉机制、组织培养、天然更新、种子萌发与幼苗生长特征、种仁油和叶挥发油的化学成分分析等进行了全面系统的研究,为对蒜头果的濒危机理研究、引种驯化及人工造林积累必要的基础生物学知识。 对蒜头果地理分布影响的几项水热指标作用的相对次序是:热量因子、年均降水量和日照时数、相对湿度,其中极端最高温,7月均温、年均温、≥10℃年积温和年均降水量是蒜头果分布的主要限制因子;由半峰宽(PWH)计算法确定蒜头果生长的最适温度范围为18.0~22.0℃,年降水量范围为1106.5~1585.1mm。 砂粒含量比大,通透性良好的土壤适宜蒜头果的生长;六个不同分布区土壤的有机质和全N含量极为丰富,速效K的含量水平中等,而土壤速效P的含量富贫差异较大;分布区土壤部分缺Cu,严重缺Zn、Fe;蒜头果叶片中的叶绿素含量与立地条件有着密切的关系;龙虎山样地立地条件比其他样地更适合蒜头果生长;不同立地上生长的蒜头果叶片中同一矿质元素含量有一定的差异,但差异不显著;土壤元素对蒜头果生长的影响由大到小依次为:N、Fe、Mn、Zn、K、Cu,其中四个是微量元素,而分布区土壤缺乏Cu,严重缺Zn、Fe而影响了蒜头果的生长发育。 蒜头果在根、茎、叶、花、果实、种子的形态和解剖上既具有原始的性状,又具有进化的特征,对铁青树科分类系统的研究有着重要的意义。此外,蒜头果部分形态和解剖构造特征表现出它对旱生环境具有一定的适应性。 对群落学特征及种群特征研究表明蒜头果群落的植物种类组成并不丰富,以双子叶植物为主,木本植物居多,藤本植物和草本植物较少,其植物区系的地理成分具有一定的复杂性。小型叶和中型叶、单叶、革质和纸质的高位芽植物是蒜头果群落的主要成员,决定着群落的外貌特征。蒜头果在群落中处于优势种或次优势种地位,其种群的年龄结构总体上呈倒金字塔型,属于衰退型种群,空间分布格局呈集群分布。 蒜头果的花序为聚伞形花序,有小花8~10朵,小花较小;按花粉大小等级划分,蒜头果的花粉粒属于小的范围;花粉粒呈近四面体,极面为近三角形:每粒花药所含的花粉粒在2600~3600粒之间,花粉量较大,有利于花粉的传播和授粉;胚珠比(P/O)值为8088,繁育系统为专性异交类型;花粉生活力一般在50%以上;在不同温度湿度条件下测得蒜头果花粉的生活力在高温低湿(38℃,40%)的条件下最高,在低温低湿(16℃,40%)的条件下最低;杂交指数(OCI)值为4,繁育系统自交亲和,异交,需要传粉者;记录到的访花昆虫有40余种,访花昆虫的访花频率及高峰时间不同,不同种类的昆虫的访花行为也是各有所异;从观察的结果看,蒜头果的种实的形成大多数依赖于传粉昆虫的活动,其中主要是蜂类。 以广西和云南的9个居群共45个蒜头果样株为材料,研究了聚合酶、模版浓度、退火温度、引物用量对RAPD反应的影响,建立了一套稳定的RAPD反应体系。该体系反应体积为25μl,模板1μl,10×buffer2.5μl,2.5mMdNTP1.5μl,10pm/μl引物2μl,E×Taq酶0.15μl,ddH_2O17.85μl。最佳反应程序为95℃/7′→95℃/30″→36℃/30″→72℃/2′70″(扩增30循环)→72℃/7′。在这个反应体系下,对蒜头果进行了RAPD遗传多样性研究,其结果为:6条引物共检测到61个位点,其中多态位点为21个,占34.4%,遗传多样性较低,这可能是蒜头果濒危的内在机制。应用RAPD Distance Programs(Version1.04)软件对蒜头果遗传多样性进行分析,得出遗传树状图,其结果表明蒜头果的遗传多样性表现出与生境具有一定的相关性,但与地理位置没有太大的相关性。 对蒜头果进行的组织培养与细胞悬浮培养研究结果表明:MS+6-BA1.5mg/L+NAA0.1mg/L+蔗糖3%激素组合能够较好地诱导芽的初始分化和增殖,适宜的芽苗继代增殖培养基为MS+6-BA1.5mg/L+NAA0.2mg/L+蔗糖3%;采用1/2MS+IBA0.5mg/L+蔗糖3%为生根培养基,生根率为45.0%;移栽到河沙的生根苗成活率为52.5%;愈伤组织诱导率为66.7%~86.6%,其中以MS+6-BA0.5mg/L+2,4-D2.0mg/L+蔗糖3%的培养基最佳,其诱导出的愈伤组织具有较强的增殖能力和较好的脆散结构,最佳继代培养基为MS+6-BA0.2mg/L+2,4-D2.0mg/L+蔗糖3%,且培养基中的6-BA与2,4-D浓度的比值越小,愈伤组织生长越快,结构越脆散,增殖率越高;将继代后的愈伤组织转入6种含不同激素浓度组合的MS液体培养基中进行振荡培养,在综合分析各培养基的单细胞密度,细胞团块密度,细胞生物量增长率等指标后,初步筛选出MS+6-BA0.2mg/L+2,4-D2.0mg/L培养基为较好的液体培养基。 蒜头果种皮坚硬使得种子叶出土较为困难;幼苗移栽试验中发现幼苗根腐病严重,这与土壤水分和光照强度有密切关系。蒜头果不宜直接以种子播种造林;而应以植苗形式造林。人工抚育跟不上是造成造林保存率低下的主要原因。蒜头果光合速率日变化曲线呈单峰型,在13:00达到峰值5.32umol/m~2,没有出现明显的“午休”现象。蒸腾速率的日变化曲线也为单峰型,在14:00与15:00之间达到峰值0.84 mmol/m~2s。 对产自广西巴马县25个植株的蒜头果种子进行破碎、提油及皂化,用硫酸一甲醇法酯化,利用水蒸气蒸馏法和超临界CO_2萃取法首次对蒜头果叶挥发油进行了提取,并分别利用气相色谱—质谱法对种仁油和叶挥发油中化合物成分进行分析。结果表明,不同植株蒜头果油的化学成分含量有一定的区别,而油酸、二十二碳烯酸和二十四碳烯酸的相对含量变化不大,变动系数仅分别为7.32%、7.44%和8.30%;超临界CO_2萃取法为更有效的蒜头果鲜叶挥发油提取方法,主要成分为扁桃腈,占挥发油总含量的64.98%。水蒸气蒸馏法提取物主要成分为苯甲醛,占挥发油总含量的61.88%。


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