[01623428]特有濒危植物华山新麦草的保护生物学研究

本研究由国家自然科学基金项目“华山新麦草自然居群的遗传结构与种内遗传多样性研究”（39770087）和陕西省自然科学基础研究计划“应用微卫星DNA研究华山新麦草的遗传多样性”（2001SM20）资助。由于气候变化、地质变迁，以及人类对生态环境的大肆破坏，许多物种的生存受到威胁甚至绝灭。为实现人类自身的可持续发展以及建设人与自然和谐相处关系的需要，保护极具价值的物种及其特殊生态环境成为当务之急。华山新麦草是我国特有种，仅分布于华山。由于是小麦的近缘种，加之华山新麦草具有抗旱、抗病虫、耐盐、成熟早等特点，因此受到了植物学家的高度重视，成为植物遗传育种工作的重要材料。目前该种已被列为国家一级珍稀濒危保护植物和急需保护的农作物野生近缘种。然而由于对华山新麦草特异的生态环境、遗传背景等资料缺乏必要的研究，其致濒机制无从了解，因此无法制定准确及时的保护策略，使该种的保护处于停顿状态，受威胁状况加剧。我们通过繁殖生物学、保护遗传学、生态学等多学科的交叉综合，利用解剖、生态与分子生物学等手段，全面阐述了华山新麦草的生态遗传状况以及生态适应性，推断出华山新麦草可能的致濒原因，并提供了相应的保护建议。生殖发育研究表明，华山新麦草大孢子与雌配子体发生发育过程与小麦相近，胚与胚乳发育与禾本科植物一致，但广泛存在小麦中罕见的双胚现象，花粉在发育后期的营养竞争导致60%以上花粉败育，花粉萌发率只有2%，这极大地影响了华山新麦草的有性生殖。 保护遗传学证据支持华山新麦草存在较高的遗传多样性，它的濒危不是遗传多样性缺乏导致的。居群遗传结构分析显示，低水平的亚居群间的基因交流已经导致不同的山峪沟谷内的华山新麦草出现显著的遗传分化。黄甫峪居群显然因为隔离而从其他居群分离出来，这可能是山谷隔绝或人为生境破坏的结果。同时由于华山本身海拔的急速变化，使不同海拔高度的居群因为温度梯度的影响，造成开花物候期的显著推移，高度差超过500米就没有花期的重叠。不同居群的基因交流因此受阻，并出现对特定海拔的适应性，这同样加速了华山新麦草的种内分化。使本身就局限分布的华山新麦草更易遭受遗传漂变的影响，从而陷入濒危。群落、土壤、繁殖对策等生态学分析表明，极低的繁殖分配造成华山新麦草有性繁殖水平低下，脆弱的竞争力和沉重的环境压力共同作用使华山新麦草侧重选择营养繁殖方式，在生活史策略选择上偏重于K策略。综上所述，居群的遗传分化、有性生殖障碍、低的物种竞争力是华山新麦草致濒的重要因素，长期对华山生境的适应使华山新麦草不能进行有效的扩散，加之人类频繁活动的影响，该种已经陷入绝灭的边缘。因此对该种的就地保护、严禁生境破坏就成为物种保护首要选择。该项目创新性地从多层次多角度阐释了华山新麦草的濒危机制，为特有珍稀动植物的保护策略制定及研究方法提供非常有价值的参考和有力依据。本研究共发表论文12篇，其中SCI论文1篇。据不完全统计，论文共被引用176次，2006年获得陕西省环境保护科技进步二等奖，充分体现了项目研究成果的突出地位。