南川木波羅保育現狀及研究進展
生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性,是生物和環境的生態總和,為人類社會提供生產生活資料和生態系統服務,是人類賴以生存的基礎,維持生命的延續和生態系統的平衡,支撐著人類社會的可持續發展[1]。2021年召開的《生物多樣性公約》第十五次締約方大會,以“生態文明:共建地球生命共同體”為主題,體現了生物多樣性與人類社會可持續發展的密切關系[2]。
南川木波羅(Artocarpus nanchuanensis)是中國特有的一種?撇_蜜屬白桂木亞屬喬木類植物,自然分布在重慶,是波羅蜜屬中唯一分布在我國最北端的多年生常綠植物,于1979年被植物專家發現[3],在1989年由中國科學院昆明植物研究所吳征鎰院士和張秀實教授在《云南植物研究》11卷第1期上正式發表定為?频囊粋新種[4],被《國家重點保護野生植物名錄》(2021)中列為二級保護植物,需要高度重視和保護。
我國?撇_蜜屬白桂木亞屬包括12種2亞種:長圓葉波羅蜜(Artocarpus gomezianus)、貢山波羅蜜(Artocarpus gongshanensis)、白桂木(Artocarpus hypargyreus)、野波羅蜜(Artocarpus lacucha)、南川木波羅、牛李(Artocarpus nigrifolius)、光葉桂木(Artocarpus nitidus)、披針葉桂木(亞種)(Artocarpus griffithii)、桂木(亞種)(Artocarpus parvus)、光葉桂木(原亞種)(Artocarpus nitidus)、短絹毛波羅蜜(Artocarpus petelotii)、猴子癭袋(Artocarpus pithecogallus)、二色波羅蜜(Artocarpus styracifolius)、胭脂(Artocarpus tonkinensis)和黃果波羅蜜(Artocarpus xanthocarpus)。研究得出,其中白桂木、野波羅蜜、南川木波羅、牛李、桂木、猴子癭袋、二色波羅蜜等植物都含有三萜類和黃酮類藥用成分,以及?撇_蜜屬植物特有的一些化學成分,具有較高的綜合價值[5-6]。
1/南川木波羅的生長及形態特征
圖1
南川木波羅是一種高大常綠喬木(圖1A),喜光、耐貧瘠[7],植株下位主干不分枝,在中上部分枝形成樹冠,樹葉繁茂,冠徑大;成年樹皮深褐色;木質紅棕色(圖1D),質地堅硬;根系屬直根深根系(圖1C),主根通直發達,側根少 [8];葉片互生(圖1B),革質化,葉先端急尖至漸尖;每年3月下旬至5月中旬為南川木波羅的落葉期,新老葉交替,植株四季常綠[9]。實生苗生長至少10年以上才能開花結果,花芽著生于當年生新梢葉腋上,花為無限花序,淡黃白色,3月中旬為初花期,5月上中旬為盛花期;7月下旬至8月初為果實成熟期,果為聚合果,果形奇特多樣(圖1B),成熟的果實呈金黃色,皮薄、汁多,果肉橘黃,生食酸甜味,酸味濃,含有豐富的果酸、維生素和氨基酸等營養物質[10]。種子屬雙子葉有胚種子,種臍較堅硬,種子外形多樣,自然條件下種子休眠期長,可達1年之久,繁殖率極低,且幼苗期容易夭折,是造成自然種群分布極少的原因之一[11]。
2/南川木波羅的野外生存現狀
野生南川木波羅早年在重慶南川等地均有自然分布,但早期不為人們所識,生長在海拔1000米以下的山地、丘陵,該區域和人類居住區域相重疊,故微生境人為干擾嚴重,且樹木的產權都歸當地農民所有,野生資源遭到嚴重的人為毀壞,接近枯竭。目前野生資源稀少且分布零散,自然生長的結果母樹不足百株,分布范圍狹窄,僅分布于重慶市南川區、南岸區、巴南區、渝北區、綦江區等地。該物種已被世界自然保護聯盟(IUCN)瀕危物種紅色名錄列為極危物種,《國家重點保護野生植物名錄》(2021)中列為二級保護植物,收錄于重慶市重點保護野生植物名錄(第一批)。
野生南川木波羅生長區域屬亞熱帶濕潤季風氣候區,氣候條件一般為年均溫16.6℃,極端最高溫度43.6℃,極端最低溫度-5.3℃,年降雨量1185mm,年日照時數1273小時,氣候溫和,雨量充沛,四季分明,無霜期長。生境土壤土層深厚肥沃、疏松透氣、排水良好,呈微酸性。
截止目前,調查發現南川木波羅分布區域的大生境保護較好,發現并得到良好保護的野生分布南川木波羅6個居群:南川區石蓮、峰巖、仁樂、東城有4個自然分布的野生居群,共計50余株南川木波羅,保護良好;巴南區南泉鎮確認的1個自然分布的野生居群,共計15株,也得到較好保護;20世紀90年代在接龍鎮槐樹村1位村民自留地里確認1株首次結果的南川木波羅母樹;2011年7月在接龍鎮塘邊村1位村民自留地里確認1株南川木波羅結果母樹;2011年7月在綦江區東溪鎮尚書村確認1個自然分布的南川木波羅野生居群,有結果母樹30余株,胸徑在30~80cm。自然生長的南川木波羅結果母樹較少,多數胸徑在30~60cm,年采種量80kg左右;現存最古老的一株母樹,樹高達30余米,樹干胸徑達80cm,冠徑約7m[12]。野生分布的不同區域的南川木波羅具有遺傳多樣性[13]。
3/南川木波羅的保護現狀
數十年來,通過重慶市園林局、重慶市林業局、重慶市環保局、南川區人民政府以及重慶各大科研院所的共同努力和高度重視下,南川木波羅的保護工作有了很大的進步。自然分布的野生南川木波羅居群都得到了良好的保護,由最開始發現的4個居群上升至6個居群,結果母樹的數量以及年采種量也在逐漸增多。同時,亞熱帶地區多地對南川木波羅進行了引種遷地保護,并建立了遷地保護繁育基地(圖2),很多繁殖的南川木波羅幼樹即將作為采種母樹,南川木波羅種群的生存狀態得到了較好的改善,也有利于當地生態建設和特色農業開發。
重慶綦江區有60畝地20000余株的實生苗基地已經建成,種源部分來自南川區南平鎮野生木波羅,部分來自綦江區東溪鎮10余株野生木波羅,現有苗齡為2-8年生不等。重慶南川區有200畝7萬余株種苗人工繁育基地,種源均來自南川區南平鎮分布的8株左右的野生木波羅,以5年生以上苗為多,最大苗齡為10年生。重慶市金佛山藥用植物種植研究所進行了南川金佛山地區野生木波羅的原生境調查,并開展過短期的野外栽植回歸工作,但未形成有參考性的成果和案例。重慶南川木波羅種植研究所自2003年開始關注南川木波羅的研究,2010年開始每年批量進行南川木波羅種子繁殖及苗木培育,目前繁殖存量7萬余株。重慶市綦江區魚沱苗木有限責任公司自2010年開始進行南川木波羅物種的調查,并進行種子繁殖和苗木培育,目前2-8年生苗木約2萬余株。
重慶市南山植物園早期對南川木波羅引種遷地保護,目前中心園區存活有5顆30余年的成年植株,其中有3顆為結果母樹,同時進行科普宣傳及教育;于2018年再次引進南川木波羅200余株成年植株,種植于南山植物園保育苗圃內,定期進行相關物候及生長適應情況調查;于2021年,重慶市南山植物園研發中心科研人員從野外采摘果實,獲取種子,進行南川木波羅苗木繁育技術研究(圖 2),目前已繁育2000余株實生苗;于2022年,獲得國際植物園保護聯盟(BGCI)的資助,開展南川木菠蘿的綜合保護和研究,將為今后南川木波羅的保護、開發和利用奠定堅實基礎。
4/南川木波羅的保育繁殖技術研究進展
南川木波羅作為我國特有的珍稀瀕危物種之一,且兼具藥用[14-16]、食用[17]、經濟及環境保護的較高綜合價值,所以對其擴繁保育技術的研究具有非常重要的意義。
在人工繁殖養護條件下,南川木波羅種子繁殖成苗率較高。繁殖技術如下:種子經0.5% KMnO4浸種1~1.5h消毒殺菌,播種于濕沙下10cm,置于低溫0~5℃下催芽;或將滅菌后的種子置于15~25℃下高溫催芽;采用50%多菌靈稀釋1000倍后浸種12 h消毒殺菌,隨后置于發芽盤中保濕催芽[6]。將胚芽和種根初露的種子移植到滅菌后的肥沃濕潤且團粒結構好的沙質土壤中繼續生長,隨時保持土壤濕度和透氣性,以及適時施肥促進苗木生長。本課題組將收獲的新鮮種子直接播種于蛭石+腐殖土+珍珠巖=2:2:1的基質中保濕催芽,成苗率達到90%以上;在育苗試驗中發現,幼苗在20~30℃的條件下,生長速度較快。
南川木波羅組織培養擴繁技術為其綜合價值的研究及開發利用提供支持。有研究人員探明了外植體殺菌消毒的處理方法,以及以南川木波羅的帶芽莖段為外植體進行愈傷組織誘導、芽誘導、根誘導各發育階段的培養基配比,成功獲得了無菌南川木波羅組培苗[18]。但是在組織培養過程中,易出現愈傷組織發育緩慢以及較嚴重的褐化現象。
本課題組通過營養袋育苗技術研究,提高了栽植成活率,該技術要點如下:首先將種子進行打破休眠催芽處理;然后種植在滅菌的營養袋中,上層為滅菌處理后的蛭石+黃壤土,確保種子生根,下層為營養土(含腐熟農家肥和草炭),保障植株生長的養分需求;苗木移栽時,去除營養袋,幼苗帶土球進行大田移栽。南川木波羅樹根屬直根深根系,主根通直發達,側根較少,若移栽裸根苗成活率極低,僅為20.0%,所以生產上不宜采用裸根苗定植。也有研究表明,泥炭:森林表土=6:4、草甸土:蛭石:黃心土=5:3:2、草甸土:珍珠巖:黃心土=5:3:2這三種配比基質育苗出苗率高,苗高和根系生長良好[19]。
南川木波羅在嫁接繁殖育苗技術中也有一定的突破,但是成活率只能達到20%~30%,還需系統研究探索。
5/南川木波羅的種質評價研究進展
南川木波羅四季常綠,枝葉繁茂、樹形美觀,其含有316個植物抗病基因NBS-LRR,8個防御昆蟲的格氏鏈霉菌Glu-Streptomyces griseus蛋白酶抑制劑基因,因此具有較強的病蟲害抗性[20];且葉片能吸收大量煙塵和富積二氧化硫等污染物,具有凈化空氣抗污染的作用,對美化園林景觀和平衡生態系統具有非常重要的作用。
南川木波羅的果實、種子[16]和葉片等含有多種有利于人體健康的氨基酸、維生素、微量元素、多糖、蛋白質、酯類、黃酮類[15]、香豆酸[14]、甘草素等營養物質和藥用成分,在心血管疾病的預防和胃腸道的調節等維護身體生理機能方面具有一定的效果[17]。在南川木波羅基因組數據分析中,檢測到多種抗炎代謝和抗炎物質合成途徑,這與南川木波羅獨特的抗過敏功能有關[20]。
南川木波羅具有較高的園林綠化價值、營養價值和保健價值,是重要的種質資源,該物種的保護對于豐富物種多樣性,維護生態平衡具有很大的意義。
6/小結
南川木波羅兼具藥用、食用、經濟及環境保護的較高綜合價值,是一種極具保護、科研、推廣和開發利用價值的特有物種。目前野生群落已經得到很好的保護,在人工遷地保護繁殖下,南川木波羅的數目有了很大的擴增。 我們還需繼續開展公益性技術培訓及物種保護科普教育活動,建立社會環保意識,調動社會大眾特別是當地群眾的保護積極性。
南川木波羅的育苗繁殖技術研究有很大的進步,但是種子發芽的一致性技術、苗木移栽技術、組織培養擴繁技術還需進一步改良,嫁接繁殖技術和營養扦插技術需要有所突破。南川木波羅的保育繁殖有利于保護拯救極危樹種,保障種質資源,緩解生物多樣性的維系壓力,更好地促進生態可持續發展。
(基金項目:重慶市城市管理科研項目“南川木波羅種苗更新及苗期撫育關鍵技術研究”(CGKZ-2022第11號);BGCI合作項目:Integrated Conservation of Critically Endangered species Artocarpus nanchuanensis (GTC/2022/026) (2022-2025)。)
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