珍稀植物银杉濒危因素及种群扩大研究进展

买凯乐，朱昌叁，冯立新，高照阳，刘 宏，覃 琨，苏杰南，林上海

（1.广西生态工程职业技术学院 广西珍贵乡土树种良种培育中心，广西柳州 545004；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002；3.上海骞翮科技有限公司，上海 201109；4.广西桂林花坪国家级自然保护区管理局，广西桂林 541700；5.广西大瑶山国家级自然保护区管理局，广西来宾 545700）

银杉（Cathaya argyrophylla）为松科（Pinaceae）银杉属植物，为国家一级保护珍稀濒危植物，是三百万年前第四纪冰川残留下来的裸子植物，为我国特有、世界珍稀植物，被称为植物界的活化石、大熊猫。1955年，银杉最早被发现于广西花坪镇；1962年，被确认为新属、新种[1-2]。银杉主要分布于广西、湖南、四川和贵州4省（自治区）[3-6]。根据《全国极小种群野生植物拯救保护工程规划（2011—2015）》，银杉种群极小，数量不足5 000株，已被列入极小种群保护物种名录。银杉种群的研究和保护得到广泛关注。

银杉的研究和保护具有重要的社会价值，且对松科植物系统发育和进化的研究有重要的参考价值[7]。目前，已从银杉生物学特性[8]、种群特征[6]和人工育苗[9]等方面进行较系统的研究工作，探讨银杉种群衰退原因和育苗技术对于银杉保护具有重要作用。该文从银杉种群衰退因素及苗木繁育等方面进行总结和分析，为银杉种群的扩大和保护、苗木繁育提供参考。

1 影响银杉种群衰退因素分析

1.1 生境破坏使种群规模减小

在新生代第三纪，银杉曾广泛分布于北半球的亚欧大陆；经历第四纪冰期，银杉、水杉（Metasequoia glyptostroboides）和银杏（Ginkgo biloba）等珍稀植物在没有受到冰川影响的独特环境中被保存下来[10]。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告指出，过去100多年间（1901—2012年），全球地表年平均气温升高0.89℃，全球地表年平均气温到21世纪末将升高3.0～4.8℃。全球气温升高对珍稀濒危植物的分布范围有较大影响[11]；全球气候变化对银杉生境有巨大影响，会使银杉处于濒危状态。基于MaxEnt模型和ArcGIS软件，利用点位数据和当前生物气候因子及IPCC提供的冰期气候数据模拟银杉在冰期的适宜生境分布，预测未来2050和2070年银杉的潜在适宜生境分布；结果显示，宏观尺度上，影响银杉潜在分布的因素主要是气候变化，表现在适宜生境的面积变化、生境转移特征和质心转移；从过去到当前，银杉适宜生境面积减少0.92%；从当前到未来，银杉适宜生境面积呈先增加后减少的趋势，但总体适宜生境占研究区域面积的比例很小；从过去到当前，银杉潜在适宜生境向高纬度地区转移；从当前到未来，银杉潜在适宜生境主要向低纬度地区转移；气候变化对银杉适宜生境的景观指数影响主要表现为斑块数量增加、斑块密度增加和形状指数变大，对分离度与聚散性影响较小[12]。从当前到未来，银杉生境呈零星化、破碎化分布[12-13]。

人为活动也会对银杉生境产生影响。人为工程建设、旅游开发和过度垦荒等活动破坏银杉原有的生境，使银杉生境破碎化或面积变小，种群规模减小[14]，加速其濒危程度。

1.2 生物学特性及动物采食使繁殖成功率低

银杉为雌雄同株异花授粉植物，胚发育的过程与松属（Pinus）植物胚发育的过程非常接近[15]。银杉有性生殖周期较长，从胚珠原基形成到种子成熟历时30个月，会遭遇许多不良生境，如梅雨、低温等，使胚珠发育受到影响，种子结实量低[8]。银杉雄球花少，比雌球花花期早10～15天；雌球花成熟时，花粉大部分已散失，花期不遇现象较多[16]。银杉结实大小年现象明显，座果率低，瘪粒多[17]。银杉球果成熟后，15%在树上的球果被昆虫、鸟类和哺乳类动物取食；落到地表的球果几乎全被鸟类和鼠类取食，只有埋于土壤较深层（3 cm以下）的种子才能保留，种子存活数量极少[8]。天然银杉种子萌发后，幼苗生长极其缓慢，生长质量不高，幼苗、幼树死亡率高，是银杉种群自然更新困难的重要制约因素之一[16,18-19]。银杉本身的生物学特性及动物捕食使其繁殖成功率低。

1.3 根际微生物数量制约个体生长

银杉幼苗根系尤其是侧根的生长对菌根有一定依赖[20-22]。邢树堂[21]和孙雪[22]根据菌根学，利用植物组织培养技术，在无菌条件下，将银杉种子培养为无菌幼苗，再将空团菌（Cenococcum geophilum）与银杉接种，诱导出银杉拟菌根结构；结果表明，银杉根际菌根可以促进银杉侧根的生长，提高幼苗生长质量。易思荣等[23]对自然银杉群落中根际微生物的种类、数量及其与季节、海拔和土壤深度的关系进行研究，结果表明，银杉群落根际微生物的数量和类群与其他松属植物相比，在不同海拔和不同季节显著偏少，并随土壤深度的增加而显著减少，这可能是银杉种子萌发、个体生长的制约因素之一。

1.4 种群遗传多态性使濒危风险增加

银杉的分布范围窄，致使遗传多样性过低，对环境的适应力低，进化慢，进一步提高了濒危的风险。Wang等[24]采用DNA标记的方法，对湖南、四川的银杉群落及银杉的谱系地理进行研究，结果表明，银杉的遗传变异水平低于其他针叶树，银杉群体无扩张，与群落中其他物种竞争时，优势极弱。银杉种群长期隔离，群体差异变大，种群繁殖率低、成活率低，物种竞争力弱，种群遗传变异水平低，限制银杉种群的扩张[25-26]。

1.5 群中竞争使种群更新困难

银杉对光的需求量大，在群落中，只有光照充足的条件下幼苗才有机会生长。银杉幼树进入成年期，在群落竞争中处于不利地位[8]。谢宗强[27]和樊大勇等[28]对银杉林林窗的研究表明，银杉幼苗的生长在林窗内和林窗边缘均占优势地位；银杉与群落中其他物种竞争时，逐渐处于劣势地位，威胁其生存。银杉幼苗与群落中其他物种相比，竞争力弱，幼苗生长受到压制，是银杉群落更新困难的制约因素之一。在植被自然演替中，像银杉这样更新困难的孑遗物种很可能将在群落的种间竞争中被淘汰。

1.6 群落分布特征使种群演化衰退

我国现存的银杉主要分布于亚热带，但银杉群落有很强的温带分布群落特征，银杉群落处于脆弱的平衡中，银杉与本地树种混交，不能成为本地优势种和群落建群种，容易被灌丛或阔叶群落替代，加重物种灭绝演替[29-33]。

银杉种群均表现为分布碎片化、岛屿化；种群小，甚至单株散生；年龄结构不合理、径阶不连续，更替困难，出现衰退趋势[34-36]。银杉种群中0～40龄级的个体拥有光照条件和养分条件较好的林窗时，死亡率较低，银杉在40～80龄级、80～120龄级死亡率达到高峰[37]，高龄级种群衰退不利于种群演化。

2 银杉种群保护与扩大的对策和建议

2.1 加强就地保护，增强群落竞争力

极小种群野生植物因其分布地域狭窄、种群衰退严重及个体数量低于稳定存活界限，是急需优先拯救的重点保护濒危植物。优先保护极小种群野生植物有利于保护物种多样性、维护生态平衡。就地保护是其保护的主要措施之一[37-38]，中国自然保护地总数量已达1.18万个，总面积占陆域国土面积的18%[39]。广西对银杉的主要就地保护措施为建立广西桂林花坪国家级自然保护区、广西大瑶山国家级自然保护区，加强对银杉的研究，进行银杉保护宣传和教育等工作[40-41]。

针对上述影响银杉种群更新的主要因素，可采用疏伐银杉群落中的竞争树种、开辟林窗和接种菌根菌等措施。

银杉的天然更新方式是典型的林窗式更新，银杉幼苗生长初期需要光照，成年树生长需充足的阳光，林窗内银杉幼苗的高生长量明显大于遮荫树冠下的银杉幼苗。可间伐竞争树种，建立适当疏透度的林窗，减少林下郁闭度，创造有利于幼苗生长的微环境，促进幼苗单株的存活[42]。利用林窗，开展目标树种补植。在银杉天然或人工林中，利用天然或人工开辟的林窗，补植一定苗龄的银杉壮苗，栽植基质中添加营养物质及补充菌根菌，与银杉根系共生形成根系微环境，促进林下补植幼苗的生长和成苗[43]，增加银杉幼苗在群落中的竞争力。

在银杉群落中，创造适合银杉结实和生长的微环境。在银杉天然群落中，银杉原地保护是保护银杉的主要手段，可选择银杉优良母树采种[44]，提高播种育苗成活率和结实率；加强银杉幼苗病虫害防治、根系接种菌根菌等，促进银杉树体生长。

2.2 开展多样化苗木繁育

苗木繁殖包括播种育苗和无性繁殖育苗（扦插、嫁接和组织培养育苗等）。

2.2.1 播种育苗

研究人员在广西花坪、重庆金佛山和贵州大沙河开展银杉育苗试验，结果显示，银杉种子出芽率为90%[45]，3年生银杉种子的成苗率为72.1%[46]，6年间幼苗存活率为63.3%[46]；播种育苗成活率较高。此外，即采即播的方式，幼苗成活率也较高[47]。银杉种子具有休眠现象，对种子进行短期干藏，再用湿砂层积处理或者激素处理，有利于提高出苗率[45]。以30 ppm 2，4-D、50 ppm萘乙酸或50 ppm激动素对银杉种子浸泡24 h，银杉种子发芽率可提高17.5%～22.5%[48]。适宜的温度、湿度、无或少病虫可以促进银杉发芽和生长[49]。陈崇征等[50]采用生态控制技术进行有害生物防治研究，将银杉濒死率由9.5%降低到3.7%，健康率由42.4%提高到58.5%。对银杉种子进行合理储存，对种子适度催芽，做好苗期幼苗抚育及病虫害防护，降低银杉幼苗、幼树的死亡率，可提高苗木存活率和生长质量，是促进银杉种群天然更新的必要手段。

2.2.2 无性繁殖育苗

无性繁殖指不需要经过受精过程，由母体的一部分直接变成新个体的繁殖方式。黄正福等[48]和张祖荣等[9]以成年银杉的1～2年生长6～12 cm、带叶枝条作为插穗，经清水浸渍及生长激素处理，以砂为扦插基质，3个月后发现仅有少量插穗形成愈伤组织，鲜有生根。以银杉1年生枝条为接穗，利用插皮接、切接、腹接和劈接等嫁接方法，以2年生或3年生湿地松（Pinus elliottii）为砧木，以16年生银杉的1年生枝条为嫁接或高压繁殖材料，嫁接成活率极低，高压压条繁殖经近120天的培育，有愈伤组织产生并有少量根系生成，约20%成活[51]。在春季（4月），以1年生湿地松为砧木，采用嫩枝劈接，并对嫁接苗进行2个半月的特别护理，当年7月，嫁接成活率为17.4%[52]。银杉扦插生根困难，嫁接成活率低，现阶段不适宜作为保护和扩大种群的措施。

除扦插与嫁接外，无性繁殖技术还包括器官发生和体细胞胚发生技术。银杉组织培养的研究主要集中在器官发生；利用银杉的针叶、枝条、子叶和胚轴等外植体，以0.1%升汞（HgCl2）和酒精进行消毒，种植在MS、LP和White等、pH值为5.5～5.8的培养基上，添加6～10 g/L琼脂和30 g/L蔗糖及激素（6-BA、NAA和2，4-D等），培养温度为26～27℃，可快速诱导组织培养幼苗[53-55]。大量快速诱导出的组织培养幼苗，可用来进行林下补植、营造纯林，扩大银杉种群。体细胞胚发育是近年来林木繁殖的热点，该技术主要利用林木的外植体如根、茎和叶等部位直接诱导胚细胞，培育成可萌发成完整植株（有根、茎和叶）的成熟胚[56]。体细胞胚胎具有双极性、繁殖快和遗传专一的优点，适用于要保持母本优良品质、又难生根的松科树种的一种很好的快繁方法。银杉的体细胞胚发育与松科植物相近，可借鉴松科植物的体细胞诱导方法，采用未成熟胚、胚轴等作为外植体，采用改良的MS[57]、DCR[58]和White[59]等培养基，开展体细胞胚的诱导、增殖和萌发等研究，完成银杉体细胞胚发生及植株再生技术体系的建立。体细胞胚发育能为银杉离体种质资源保存、基因工程改造等提供参考。

2.3 加强宣传力度

加强银杉保护工作的宣传教育力度和投入。作为地方的“熊猫植物”名片，加大对银杉等濒危植物保护工作的宣传力度，利用公益广告、短视频平台开展宣传工作；借助生态科普教育基地、自然保护区等平台，面向社会人员和学生开展银杉的保护和宣传教育活动；基于当前先进的科学技术，开展一系列的科普、科研和教学等活动；开展生态定位监测，及时向外界公开监测进度情况；公开研究进展和结果，提高民众的关注度、参与度[60]。

3 展望

自银杉被发现以来，对其研究整体进程为前期研究较快，后期研究缓慢。主要原因是银杉种群小，仅在我国4省（自治区）有少量分布，试验材料珍贵，采集困难。因银杉具有孑遗植物的特征，如不加以保护，该物种消失是不可避免的趋势。建立濒危植物的保育机制，扩大银杉种群，建立成熟的育苗技术体系促进银杉种群更新是延缓或阻止银杉灭绝的关键所在。随着银杉苗木繁育技术的发展，银杉种群能实现天然更新和种群扩大，可作为优质木材和园林绿化观赏树种。