大别山五针松(Pinus dabeshanensis)是大别山地区特有树种,对研究松属(Pinus)植物分类、系统发育关系和区系分布具有重要科研价值.当前大别山五针松野生种群自然更新受到严重限制,处于极度濒危状态.为探究大别山五针松野生种群更新受限机制,本研究以大别山五针松及其3种同域分布物种茅栗(Castanea seguinii)、袍栎(Quercus serrata)和华山松(Pinus armandii)为研究对象,通过开展野外调查和种子释放实验,探讨了大别山五针松种子产量以及动物对种子的捕食压力和散布限制对大别山五针松自然更新的影响.结果表明:(1)大别山五针松种子产量较低,在所调查的88株成年母树中,仅有21株产成熟球果(共计312个),且种子败育率高达51.89％±0.07％(平均值±标准误);(2)针对146个球果的鸟类啄食情况调查表明,被鸟类啄食的球果数量为90个,显著高于未被鸟啄食的球果数量(56个),平均啄食强度为8.94％±0.55％;(3)种子掉落地表后,小型啮齿动物和地栖鸟类(主要为松鸦Garrulus glandarius)为主要动物拜访者,其拜访频率在不同物种之间差异显著;其中鸟类对大别山五针松种子的拜访次数(n=77)高于啮齿动物(n=46);(4)种子释放实验结果表明,茅栗种子被收获速率最快,显著高于袍栎和大别山五针松,华山松种子的被收获速率最慢;(5)在释放的2,000粒种子中,共计157粒被成功散布,其中华山松和大别山五针松分别为96粒和57粒,显著多于茅栗(3粒)和枹栎(1粒);(6)茅栗的散布距离最远(13.9±4.0 m),其次是大别山五针松(7.3±0.8 m)、华山松(3.8±0.4 m)和枹栎(1.5 m,仅有1粒被成功散布).综上所述,啮齿动物和鸟类均为大别山五针松种子的潜在散布者,与同域分布的其他植物物种相比,动物并未表现出更高的捕食强度和更低的散布效率,表明种子的被捕食压力和散布限制并非影响大别山五针松自然更新的主要因素.此外,本研究发现,大别山五针松种子产量较低且种子败育率较高,可能是导致其自然更新受阻的重要原因之一.

以大别山五针松为研究对象,分析自然授粉、套袋不授粉、套袋授同株粉及套袋授异株粉等4种不同人工处理下球果的结实率及种子特性等指标.结果表明:异株授粉处理下,大别山五针松球果的结实率最高,为100.0％,单个球果平均饱满种子数为50.0粒,显著高于其他授粉组;其次是自然授粉,结实率为97.5％,单个球果平均饱满种子数为30.9粒;同株授粉球果结实率为80.0％,单个球果平均饱满种子数为3.2粒;大别山五针松在套袋不授粉情况下结实率最低,仅为17.5％,且不产生有效种子.研究为阐明大别山五针松濒危的生殖学机制和制订科学的保育策略提供重要的理论依据.

大别山五针松(Pinus dabeshanensis)为我国特有树种,其天然植株较少且分布范围狭窄,种群更新困难,已被列为国家二级重点保护野生植物.分别于2015年和2016年的10-12月,在目前已知最大天然种群所在地安徽岳西县河图镇大王沟,研究了大别山五针松球果与种子特征、种子雨与土壤种子库、动物对种子的取食和搬运,幼苗分布格局及其与鼠穴分布的关系,以期探明动物在其天然更新中的作用,分析其天然更新不力的原因.结果显示:大别山五针松种子败育率较高,阳坡个体球果发育情况好于阴坡;种子成熟期间没有明显的种子雨,土壤种子库也未调查到完整种子.共记录到母树与球果的访问动物6目11科16种,其中7种动物确定取食种子;地面种子摆放实验显示超过95％以上的种子被啮齿动物捕食或搬运至他处取食或贮藏,不同的摆放处理对啮齿动物的捕食、搬运没有显著影响;小林姬鼠(Apodemus sylvaticus)盗食现象严重,埋藏实验中人工贮点当夜被发现的概率在90％左右,岩松鼠(Sciurotamias davidianus)和小林姬鼠是其种子主要捕食者.研究地的大别山五针松种群于2015年和2016年分别新增一年生幼苗5株和7株,这表明大别山五针松在当地存在天然更新.幼苗多单独生长在母树周围,点格局分析显示在0-0.6 m的尺度范围内呈随机分布;在＞0.6 m尺度呈聚集分布.大别山五针松幼苗在小林姬鼠巢穴周边分布,其更新格局受到小林姬鼠贮点位置分布情况影响,小林姬鼠极有很可能为大别山五针松的传播者,啮齿动物对大别山五针松种子的捕食与搬运影响了大别山五针松的天然种群更新.

采用超临界二氧化碳萃取技术(SFE-CO2)提取大别山五针松针叶挥发油,并用GC-MS分析挥发油的化学成分,用峰面积归一法测定各化合物的相对含量.结果从超临界CO2提取物中共鉴定出33种化合物,占总峰面积的81.70％,主要成分为萜类(36.65％)、醇类(22.96％)、烷烃类(11.33％)和酯类(10.76％),其中相对百分含量较高的有(-)-斯巴醇(11.55％),d-杜松烯(10.72％)、α-杜松醇(8.65％)、石竹烯(7.26％)和蒎烷(6.43％)等.

为了解我国特有珍稀濒危植物大别山五针松(Pinus dabeshanensis)枝和叶的养分状况及其季节变化特征,连续12个月对其开展野外取样和室内分析,探讨了枝叶N、P、K含量及其化学计量比的动态变化及其在器官间的差异性.结果表明,器官和月份对大别山五针松化学计量特征有显著影响,其中器官的影响最大.枝和叶化学计量特征的季节变化不规律,N:K变异系数最大(枝叶分别为26.75％和28.00％),其余均属弱变异(变异系数<25％).叶N、P、K平均含量(10.40、1.43及5.15 mg·g-1)显著高于枝(6.56、1.26及4.80 mg·g-1),叶N:P(7.27)也显著高于枝(5.18),但枝和叶N:P均远低于14,呈严重N限制.枝和叶N:P、N:K及P:K分别受制于N、K和K(即相关系数最大).枝和叶N、P和K之间(枝N-K除外)具有显著的相关性和异速生长关系,其中叶N分配速率高于枝而P分配速率低于枝.降水和温度对枝叶化学计量特征有不同影响.降水量具有明显的时间尺度效应,短时间尺度降水多影响叶而长时间尺度多影响枝.在各时间尺度下,温度均与叶P含量呈显著负相关而与枝K含量呈显著正相关.综合来看,大别山五针松枝、叶间化学计量特征差异显著,且具有明显的季节变异,在一定程度上受降水和温度的影响.

合理的物种划分和深入的系统学研究对理解物种的进化历史、物种编目以及生物多样性保护具有重要意义.松属(Pinus)是裸子植物中最大的一个属,也是北半球针叶林的重要组成成分.白松亚组(Subsect.Strobus)隶属于松属白松亚属(Subg.Strobus)五针松组(Sect.Quinquefoliae),是松属物种数目最多的亚组之一,其中半数以上物种分布在我国及周边地区.白松亚组(又称五针松亚组)所有物种针叶均为五针一束,由于形态相近、种间遗传分化小和野外调查不充分,这些五针松的物种界定和种间关系一直存在很多争议.此外,亚热带地区大多数五针松物种的地理分布非常狭窄或群体片断化严重,已有多个物种被IUCN评估为受威胁物种.在2021年9月我国新发布的《国家重点保护野生植物名录》中,大别山五针松(Pinus dabeshanensis)和毛枝五针松(P.wangii)也由原国家二级保护野生植物调升为国家一级保护野生植物.近年来,得益于系统发育基因组学在裸子植物等大基因组的木本植物类群中的成功应用,我国及周边地区五针松的种间关系和群体历史得到初步解析.本文主要回顾和总结了我国及周边地区的五针松在系统分类、群体遗传及物种保护等方面取得的进展和存在的不足,提出未来应当充分重视基础研究和野外调查,并加强学科交叉以及新技术和新方法在相关研究中的应用以实现濒危物种的精准保护.

极小种群野生植物是亟需保护、最为濒危的植物,研究极小种群野生植物物种重要值和竞争格局对保护与恢复具有重要实践意义.本文通过野外群落调查,研究了湖北省分布的7种极小种群野生植物大别山五针松(Pinus fenzeliana var.dabeshanensis)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、峨眉含笑(Michelia wilsonii)、小勾儿茶(Berchemiella wilsonii)、长果秤锤树(Sinojackia dolichocarpa)、黄梅秤锤树(S.huangmeiensis)和庙台槭(Acer miaotaiense)的重要值及改进后的Hegyi竞争指数.结果表明:从重要值来看,水杉、长果秤锤树在各自所属的群落中具有较高的重要值及较低的变异系数,为群落中的优势种;庙台槭和黄梅秤锤树重要值较高,为群落中的亚优势种;大别山五针松、峨眉含笑、小勾儿茶重要值较低,为群落伴生种.从改进后的Hegyi竞争指数来看,湖北省7种极小种群野生植物受到的竞争压力的来源和强度存在较大差异,大别山五针松、峨眉含笑、小勾儿茶、黄梅秤锤树主要受到种间竞争,而水杉、长果秤锤树、庙台槭主要受到种内竞争,因此在制定保护措施前要充分考虑物种间的竞争情况,才能采取更有针对性的保护措施.

植物根际微生物群落对植物健康生长有重要影响,每种植物根际都有其特定的微生物群落.大别山五针松(Pinus dabeshanensis)被国际自然保护联盟列为濒危物种,具有重要研究价值.该研究采用16S rRNA高通量测序技术与生物信息学方法,对濒危植物大别山五针松根际细菌群落特征与功能进行分析.结果表明,大别山五针松根际微生物的主要种类为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和疣微菌门.网络分析表明,大别山五针松根际细菌类群存在显著相关性,其中Bryobacter属、Bradyrhizobium属和未定义的TK10属是互作网络中的重要节点.PICRUSt1功能预测表明其微生物组功能主要为氨基酸运输和代谢、细胞壁/膜/膜生物发生以及能量产生和转换.FAPROTAX功能预测表明,大别山五针松根际富含的优势菌群具有丰富的化学异养、纤维素水解、需氧化学异养和固氮功能,其对植物生长发育具有重要作用.研究结果可为培育健康的大别山五针松根际微生物菌群及微生物资源的开发利用提供重要依据.