基本信息
- 项目名称：
- 国家极度濒危植物秤锤树保护生物学研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我国特有树种秤锤树分布于华东，具有重要的系统进化意义和观赏价值，模式产地已灭绝，为国家重点保护的极度濒危植物。近年我们在赣北发现其踪迹，并对其进行了保护生物学研究，旨以揭示其濒危机制，从而制定合理的保护对策。 本研究应用种群与群落生态学、保护生物学等原理方法，进行了群落调查等方面的研究，评估了人类干扰对秤锤树生存的影响，并提出了保护秤锤树生物多样性的具体措施。
- 详细介绍：
- 秤锤树(Sinojackia xylocarpa)是国家极度濒危植物,已濒临灭绝!本项目应用保护生物学原理与方法, 在江西永修秤锤树保护林2500m2样地详细调查基础上，研究了其生物学特性、种群结构与动态和种群的空间点格局；分析了其群落的组成与结构及其物种多样性；并通过秤锤树属(Sinojackia)形态性状比较和分子鉴定得出2个新分类群；最后总结了秤锤树的濒危原因，提出了保护对策。研究结果表明，秤锤树种群结构属于增长型，幼苗和幼树的平均生命期望值最高，生存能力最强；秤锤树种群分布格局从集群型向随机型转变，其种群的分布格局和空间关联性同空间尺度、龄级差异以及种群差异3种因素有密切联系。秤锤树、狭果秤锤树主要呈集群分布，小尺度上两者呈显著正关联，表现相互有利的生态关系；樟树与秤锤树、狭果秤锤树主要呈负关联，不同龄级间呈负关联。该群落中，其总体植物物种多样性较高；从分层结构来看，其灌木层的丰富度指数、Shannon-Wiener指数和优势度指数均大于乔木层，而均匀度指数小于乔木层，此两层的各多样性指标差异极显著。从群落垂直空间结构、水平空间结构、优势种的年龄结构分析，秤锤树群落还没有达到一个相对稳定的状态。通过上述结果，揭示了秤锤树的濒危原因主要与其生态生物学特性、种内与种间竞争加剧密切相关，也受其生境异质性的影响。应要减少人为的破坏；加强对秤锤树的就地保护，使其在群落演替中处于优势地位；并积极进行迁地育种保存，若对秤锤树移植，应尽量将其与狭果秤锤树栽种成集群分布，与樟树保持一定距离，以提高植株存活率。本研究还以永修的秤锤树种群和桃红岭的秤锤树种群为主要材料，通过用DNA测序等分子手段建立秤锤树属系统发育树，并结合形态学性状（如果实等）与其近缘种类进行比较，结果都证明它们与其他秤锤树种类差异明显。因此，永修的秤锤树和桃红岭的秤锤树不仅是分布新记录，而且鉴定为新分类群。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本项目应用现代分子生物学技术和保护生物学原理与方法, 研究国家珍稀濒危植物秤锤树群落生态和生活史特征、种群动态和生存力等与生态环境的关系, 及种群遗传多样性现状, 揭示导致濒危的关键因子, 探讨解除濒危状态的可能性, 并为相应的种群保护对策的制定提供种群生态学,生殖生物学和遗传多样性方面的依据。研究结果有助于掌握秤锤树的濒危机制，及其秤锤树植物资源的开发利用均有重要参考价值。
科学性、先进性及独特之处
- 首次应用多学科原理和技术研究秤锤树天然种群的濒危机制和生物多样性保护。本项目将为珍稀濒危植物资源的保护生物学研究提供一个有价值的例证。 首次应用形态性状和分子性状对永修秤锤树和 桃红岭秤锤树进行分类鉴定，不仅确定了进化显著单位，而且有望发表该属的新分类群。
应用价值和现实意义
- 本研究应用种群与群落生态学、保护生物学、分子生物学等原理方法，进行了群落调查、生物生态学特性与点格局分析、种群遗传学及濒危原因等方面的研究，评估了人类干扰对秤锤树生存的影响，并提出了保护秤锤树生物多样性的具体措施。研究结果有助于掌握秤锤树的濒危机制，对秤锤树这一濒危树种进化显著单元（ESU）的确定、保护种群的选择与种质资源保育策略的制定，及其秤锤树植物资源的开发利用均有重要参考价值和意义。
学术论文摘要
- 本项目应用保护生物学原理与方法, 在江西永修秤锤树保护林2500m2样地调查上，研究了其生物学特性、种群结构与动态和种群的空间点格局；分析了其群落的组成与结构及其物种多样性；并通过秤锤树属形态性状比较和分子鉴定得出2个新分类群；最后总结了秤锤树的濒危原因，提出了保护对策。结果表明，秤锤树种群结构属于增长型；秤锤树种群分布格局从集群型向随机型转变，其种群的分布格局和空间关联性同空间尺度、龄级差异以及种群差异3种因素有密切联系。秤锤树、狭果秤锤树主要呈集群分布，小尺度上两者呈显著正关联；樟树与秤锤树、狭果秤锤树主要呈负关联，不同龄级间呈负关联。该群落中，其物种多样性较高；从分层结构来看，其灌木层的丰富度等指数均大于乔木层，而均匀度指数小于乔木层。从群落垂直空间、水平空间、优势种的年龄分析，秤锤树群落还没有达到一个相对稳定的状态。通过上述结果，秤锤树的濒危原因主要与其生态生物学特性、种内与种间竞争加剧相关。加强对秤锤树的就地保护，减少人为破坏；并积极进行迁地育种保存。通过用DNA测序建立系统发育树，并结合形态学性状与其近缘种类进行比较，永修的秤锤树和桃红岭的秤锤树鉴定为新分类群。
获奖情况
- 第十二届全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛广州大学校赛一等奖
鉴定结果
- 1.《Distribution Pattern and ......in East China》已被EPLWW3S 2011接收。 2.其他6篇正在等待个核心刊物审核中。
参考文献
- [1]陈品良,贺善安,金 炜,等. 秤锤树花粉的超低温储藏研究[J]. 植物学报, 1990 , 32 ( 4 ) : 288-291. [2]陈涛,陈忠毅. 安息香科植物地理分布研究[J]. 植物研究, 1996 , 16 ( 1 ) : 58 -66. [3]陈婴芳,徐宏发. DNA 分子标记及其在保护生物学中的应用. 浙江师范大学学报(自然科学版) [J], 2003, 26(1): 60-64 [4]傅立国. 中国植物红皮书——稀有濒危植物(第1 册)[M]. 北京:科学出版社, 1992. [5]何友均,李忠,崔国发. 濒危物种保护方法研究进展. 生态学报, 2004, 24(2): 338-346 [6]贾书果,沈永宝. 秤锤树的研究进展[J]. 江苏林业科技, 2007, 34(6):41-45 [7]蒋泽平,梁珍海,吴 纲,等. 秤锤树的组织培养和快速繁殖[ J ]. 植物生理学通讯. 2005 , 41( 2 ) : 191 2191. [8]蒋泽平,梁珍海,刘根林,等. 秤锤树离体培养和植株再生[ J ]. 园艺学报, 2005 , 32 ( 3 ) : 537 2540. [9]梁元徽,喻诚鸿. 安息香科的花粉形态及其在分类上的意义[J]. 植物分类学报, 1985 , 23 (2) : 81 290. [10]李亚妮.保护生物学研究进展[J]. 延安大学学报(自然科学版), 2006, 25 (1):67-70.
同类课题研究水平概述
- 保护生物学研究是为了保存不同环境中的生物多样性, 保存物种的进化潜力(杨兆芬,2003;李亚妮,2006) 。 其中小种群生存概率, 生境破碎问题, 物种濒危灭绝机制等是保护生物学研究的核心问题。生物多样性的主要威胁是生境破碎乃至生境丧失, 因而保护生物多样性最重要的手段是保护生境。在这方面的研究热点有生境破碎的动态过程、生境破碎与生境异质性、生境斑块的隔离程度、边缘效应与岛屿效应, 生境斑块中种群生灭动态、生境斑块的微气候环境以及在破碎生境中维持生物多样性的措施等。此外, 从物种生存的生物学机制和外部生态系统着手, 探讨物种灭绝的可预防性(杨兆芬,2003)。 随着分子生物学技术的发展,DNA 分子标记不断地完善与成熟,DNA 分子标记在保护生物学中检测遗传多样性、遗传管理及确定分类地位和保护地位、系统进化、性别鉴定、基因图谱和基因定位等方面得到广泛应用(陈婴芳等,2003) 。各种DNA分子标记是解决这些问题的快速而可靠的方法,尤其是对种群规模小、个体数量少,且存在于特殊环境中的濒危物种。研究遗传机理和特性, 从而找出保护途径和手段(何友均等,2004)。 当前, 保护生物学表现出三大主要发展趋势(杨蕊等,2008): ①特殊物种的个体生态学和种群生存力分析,尤其物种濒危原因分析是研究重点。②整体群落、生态系统、景观和区域是监测和保护关心的焦点。 ③保护和可持续发展相结合是各国解决保护与发展问题的有效手段。 秤锤树隶属安息香科秤锤树属,由胡先骕根据秦仁昌于1927年在南京幕府山采集的模式标本而定名,为我国北亚热带东部特有树种。秤锤树花白如雪,果实形似秤锤,“春花秋实”兼而有之,具有较高的观赏价值。由于秤锤树种子自然状态繁殖极其困难,已被列为国家二级保护濒危树种。自胡先骕描述和发表秤锤树以来,国内外学者便开展了一些研究工作,如植物地理分布、形态特征及生物学特性、叶片脉序比较、花粉的形态研究、花粉的超低温储藏、种子繁殖、种子休眠与萌发,扦插、嫁接、组培快繁,以及分子手段探讨其系统学位置和系统发育等 ,积累了不少资料。贾书果和沈永宝综述分析认为今后对秤锤树的研究重点应在其自然更新瓶颈、种群分布与种质资源保存、秤锤树种子贮藏特性与种子休眠机理以及种群人工重建等方面。实际上,这些方面都属于保护生物学的范畴。要弄清这些问题，就有必要进行保护生物学研究。
