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本研究以神农架山地河岸带中珍稀孑遗植物领春木为研究对象,运用植物生态学和分子生态学方法,探讨其在亚热带山地河岸带中的种群动态与维持机制。在神农架4条河流(沿渡河、香溪河、南河和堵河)的河岸带中共设置43个样地(20 m×30 m),通过野外调查和室内实验,开展种群生态学、种子生物学、群落生态学和种群遗传学等方面的研究,主要结果如下:
1.从大小级结构、静态生命表、存活曲线、空间分布格局及其动态5个方面分析了领春木种群的数量特征与空间分布格局。结果表明:1)纺锤型的大小级结构表明种群属于衰退型,但是以萌蘖为主要更新方式使其种群在较长一段时间内得以维持；2)现存的Ⅰ、Ⅱ级个体数少导致静态生命表中Ⅰ、Ⅱ级个体死亡率出现负值,自疏现象造成第Ⅳ级个体出现死亡率高峰,由于接近实际寿命,在第Ⅶ级死亡率达到最高；3)存活曲线接近Deevey-Ⅰ型；4)空间分布格局总体为聚集分布；5)从幼龄期到中龄期再到老龄期,分布格局由聚集分布逐渐变为随机分布。
2.在实验室条件下研究了果翅、储藏条件、种子重量、基质、基质含水量、浸水天数、光照、赤霉素、硝酸钾对领春木果实或种子萌发的影响。室温保存4个月的领春木果实萌发率为0.8％,而4℃冷藏4个月后萌发率达到21.2％。领春木种子的活力在一年后基本丧失。基质、浸水天数、种子大小和赤霉素对发芽率和发芽动态没有显著影响。果翅延长了萌发过程,但对萌发率没有影响。在基质含水量为20％时萌发率最高,5％和30％的基质含水量均会对萌发产生抑制作用。虽然在黑暗条件下可以萌发,但是光照可以显著提高其萌发率。硝酸钾在浓度达到0.01 M时对其萌发有显著促进作用。冷藏和硝酸盐是打破其种子的休眠的重要因素。
3.采用多变量分析方法,分析以领春木为优势种的河岸带珍稀植物群落与环境因子的关系。等级梯度聚类(hierarchical agglomerative cluster)把所调查样地划分为3个群丛,与非度量多维测度(NMS,non-metric multidimensional scaling)的排序结果高度一致。相关分析表明群丛间物种组成的差异受某些物理因子(海拔、坡度、土壤温度)和化学因子(有效钾、氨氮、pH值)影响。多元回归分析表明,幼苗密度仅受物理因子(基质类型、土壤温度、土壤湿度)的影响,成年个体密度仅受化学因子(阳离子交换能力)的影响。领春木在南坡的整体状况要优于北坡。领春木对营养状况差但种间竞争较弱的生境具有良好的适应性,对亚热带山地河岸带温暖潮湿的微气候具有依赖性。
4.运用8对微卫星标记,比较了等位基因丰富度(AR,allelic richness),预期杂合度(HE,expected heterozygosity),观察杂合度(HO,observed heterozygosity),近交系数(FIS,Wrights inbreeding coefficient)和种群间遗传分化(TST,genetic differentiation)在幼龄个体群和成年个体群之间的差异。结果表明,这些参数在幼龄个体群和成年个体群之间均没有显著差异,即领春木目前在该地区没有明显遭受到遗传多样性丧失和遗传分化增强的威胁。然而,幼龄个体群的近交系数略高于成年个体群,这是森林采伐和生境破碎化对领春木种群产生有害遗传学后果的早期信号。
5.运用8对微卫星标记,研究了水流、海拔和地形对36个领春木种群(1078个样品)的遗传多样性和遗传分化的影响。遗传多样性没有出现下游聚集效应。中海拔的遗传多样性高于高、低海拔的遗传多样性,而遗传分化则相反。在垂直轴上,同一河流内不同种群间具有中度水平的遗传分化。因为该物种种群间具有较强的基因流,所以种群间的中度遗传分化可能是由以下因素导致的:有限的分布范围、复杂的地形、开花时间的海拔差异和种子对不同海拔生境的局部适应。在水平轴上,神农架山地东西走向的主山脊并不能阻碍领春木在南北坡之间的基因流。然而,由于南坡较好的光照条件促进了领春木的萌蘖生长,使南坡的近交系数高于北坡,而观察杂合度低于北坡。河流间山脊在一定程度上成为遗传障碍(尽管并非不可逾越),而河流沟谷则更利于种群间的基因流。