以国家重点保护植物珙桐(Davidia involucrata Baillon)为研究对象,对其分布区内18个种群的17项叶片功能性状进行测量,探究叶功能性状的地理格局与对异质环境的适应机制.结果显示,在局域尺度上,珙桐叶片功能性状变异系数介于1.48%～24.81%,其中,叶碳磷比变异程度最大,叶有机质含量变异最小.随着经度或纬度的增加,珙桐叶片叶锯齿数、叶面积、叶厚度显著降低.随着海拔的增加,珙桐叶片叶磷含量、叶面积、叶厚度、叶干物质含量显著增加,珙桐叶片形状变得更宽且更近于圆形.叶片边缘锯齿增强了珙桐叶片对于寒冷的适应性.环境因子解释了 79.90%的珙桐叶片性状变异,该变异主要由地理变量与气候因子驱动,同时受到土壤因子的影响.年降水和土壤氮元素是叶片性状变异的最强解释因子,随着降水增加或者土壤氮元素减少,叶片变得小且薄.研究结果说明,珙桐叶片功能性状在物种分布区尺度上呈现出明显的地理格局,其中降水、土壤氮元素含量在地理格局的形成中发挥了重要的作用.

为探讨不同生境下珙桐(Davidia involucrata)种群的叶表型性状变异及其适应机制,以四川省珙桐分布区内15个天然种群的11个叶表型性状为研究对象,运用巢氏方差分析、相关性分析、聚类分析等方法,对11个叶表型性状的变异规律进行分析.结果表明:1 1个表型性状在种群间和种群内都存在显著变异,变异较为丰富;种群间平均表型分化系数为37％,低于种群内(63％),种群内变异是珙桐变异的主要来源;种群间11个叶表型性状的变异系数(CV)的均值为16.22％,变异幅度为4.32％～29.10％,种群间离散系数(R')均值为53.21％,变化范围为39.3％～87.14％;对15个珙桐种群的11个叶表型指标进行相关分析发现,叶长、叶宽、脉左宽和叶柄长相互间存在极显著相关性(P＜0.01),表明部分叶表型性状之间存在相互协调作用;叶片大小、叶柄大小与纬度、海拔呈显著负相关(P＜0.01),说明随着纬度和海拔升高,珙桐叶片有变小、变薄的趋势;不同性状与不同种群间Shannon信息指数的均值分别为2.360和2.331,且分布较为均匀;利用欧氏距离对珙桐种群进行聚类分析,四川省珙桐种群可划分为3大类,其地理变异规律表现为不连续性.这些结果表明,珙桐种群间存在较为丰富的表型变异,与其自身遗传特点和生境条件相关,研究为今后野生珙桐资源的保护和利用提供了参考.

以四川省15个珙桐种群为试材,采用石蜡切片法、NaClO法观察叶片16项解剖结构,应用变异系数、聚类分析、相关性分析对叶片解剖结构进行筛选,利用隶属函数法对不同种群的耐热性进行综合评价,以期了解珙桐应对热胁迫的生理变化机制,为野生珙桐资源的保护及园林应用提供参考.结果 表明:珙桐叶片为异面叶,气孔主要分布于下表皮.16项解剖结构指标在不同种群间达到极显著差异水平;栅海比、栅栏组织厚度、气孔密度、下表皮角质厚度、主脉凸起度、上表皮角质层厚度、下表皮细胞厚度是影响珙桐耐热性的主要解剖结构指标,叶厚度、海绵组织厚度、主脉厚度、上表皮细胞厚度、主脉维管束厚度、气孔长度、气孔宽度、叶片结构紧密度、叶片结构疏松度与耐热性关系不大;15个珙桐种群耐热性存在一定差异,其强弱顺序为:汉源＞筠连＞雷波＞沐川＞屏山＞荥经＞天全＞美姑＞平武＞碧峰峡＞北川＞洪雅＞宝兴＞大邑＞邛崃;15个种群耐热性大致分为4类:汉源种群为耐热型,筠连、雷波、沐川等3个种群为中度耐热型,屏山、荥经、天全、美姑、平武、碧峰峡、北川为低耐热型,洪雅、宝兴、雷波、邛崃等4个种群为不耐热型.

珙桐为我国特有珍稀树种,预测珙桐潜在适生区可为珙桐物种保护与研究提供重要参考.基于387条中国境内样本分布数据和27个环境因子,利用MaxEnt模型与地理信息系统(geographic information system,GIS),对珙桐在中国的潜在适生区进行预测,并通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线对模型精度进行验证.结果 表明:ROC曲线下面积(AUC)平均值为0.951,模型预测结果准确性较高,适合珙桐的潜在适生区预测;珙桐潜在适生区主要位于四川、云南、贵州、湖南、湖北、重庆、陕西和西藏等地区,高适生区呈不规则环状分布,西起横断山区,北达秦岭-武当山-荆山一线,东抵张家界-雪峰山一带,南至贵阳,在西藏东南部的雅鲁藏布江河谷和安徽西部的大别山地区也有分布;气温年较差、年降水量、最冷月最低温、昼夜温差、降水量变异系数等5个环境因子对珙桐潜在适生区预测影响最大,其他环境因子,如地形、土壤、水文等影响较小.

以四川省珙县王家镇同一生境下不同季节的粉红与绿叶珙桐叶片为试材,对其色素含量、渗透调节物质含量及相关酶活性进行测定,分析其季节性变化规律,从生理角度探寻影响珙桐叶片呈色的关键因素,以期为粉红珙桐的选育和合理栽培提供理论依据和技术参考.结果 显示:(1)粉红珙桐叶片花色苷含量在春夏秋季均极显著高于绿叶珙桐,在夏季时含量最低;粉红珙桐叶片总叶绿素含量在夏季和秋季极显著低于绿叶珙桐,从春季过渡至秋季过程中逐渐上升;两者的类胡萝卜素和类黄酮含量差异不明显且在季节间较平稳.(2)粉红珙桐叶片的可溶性糖和可溶性蛋白含量略高于绿叶珙桐,夏季时达到最高;其脯氨酸含量也高于绿叶珙桐,且从春季到秋季缓慢上升.(3)粉红珙桐叶片苯丙氨酸解氨酶活性(PAL)、苯基苯乙烯酮黄烷酮异构酶(CHI)和超氧化物歧化酶活性(SOD)都显著高于绿叶珙桐,过氧化物酶(POD)活性则相反;从春季到秋季过程中,两种珙桐叶片PAL活性先减弱后增强,其POD和SOD活性则先增强后减弱,但粉红珙桐CHI活性逐渐减弱,绿叶CHI活性则先上升后下降.(4)粉红珙桐叶片花色苷含量与叶绿素含量、可溶性蛋白含量以及CHI、POD和SOD活性呈显著负相关关系.研究表明,叶片花色苷含量的增加和叶绿素含量的减少是粉红珙桐呈色的决定因素,CHI、SOD和POD活性是调节花色苷降解速率的关键酶.

珙桐(Davidia involucrata Baill.)的苞片被认为是对传粉者和非生物因素等驱动力的适应,往往受到环境因子的影响.为揭示其功能性状及其性状间关系对海拔的响应,本研究采用独立样本t检验和标准化主轴分析方法对比了四川龙苍沟1400和1800 m不同海拔珙桐种群中花苞片的功能性状和性状间关系.结果 显示:1)低海拔(1400 m)珙桐种群大、小苞片的长、宽和面积,以及单花苞片总面积均显著大于高海拔(1800 m)种群(P＜0.05),且高、低海拔种群的大、小苞片面积及重量呈等比例生长;2)低海拔珙桐种群大、小苞片干重及单花苞片总干重均显著高于高海拔种群(P＜0.05);3)高、低海拔种群的花序轴长与干重均无显著差异(P=0.446;P=0.791),高海拔花序轴干重与长间呈异速生长关系,而低海拔呈等速生长关系;4)珙桐大、小苞片的长宽间、面积间以及重量间关系在高、低海拔上均表现出等速生长,单花苞片的总面积和总干重分别与花序轴干重在高、低海拔上均表现出等速生长关系,而与花序轴长表现出异速生长关系.上述结果表明,珙桐苞片的功能性状及其性状间关系在不同海拔存在显著差异,这种现象可能是其在长期进化过程中抵抗环境干扰、保护繁育器官和提高授粉几率而形成的一种适应策略.

ASR蛋白是近年来发现的一种受脱落酸、胁迫或成熟诱导表达的蛋白,研究表明该蛋白在植物的生殖发育和逆境胁迫响应中发挥重要作用.本研究小组前期发现一个编码ASR蛋白的珙桐(Davidia involucrata)基因DiASR1在其苞片中特异表达,且其表达量在苞片发育过程中持续上升,推测其可能在珙桐苞片发育过程中发挥重要作用.本研究克隆得到DiASR1基因,并通过遗传转化在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中超量表达目的基因以分析该基因的功能.对转基因烟草植株进行形态学观察发现,相较于野生型植株,转基因植株生物量积累少,营养生长时间明显缩短,提前进入生殖生长,且转基因植株的花色发生变化.另一方面,转基因植株对高盐胁迫具有更强的抗性,表明超量表达DiASR1基因可提高烟草的抗盐胁迫能力.

通过峨眉山40个样点表土孢粉组合及其与植物群落之间关系的分析,结果表明:(1)花粉组合中木本植物含量(83.3％)占绝对优势,松属、杉科、桤木属、蔷薇科、桦属、枫杨属、蒿属、毛莨科和水龙骨科为主要孢粉类型;(2)中山常绿阔叶林花粉组合未能反映植被的群落特征;低山常绿阔叶林间人工次生林和常绿落叶阔叶混交林花粉组合只能反映母体植被的部分组成;针叶林花粉组合基本可以指示母体植被的群落特征;灌丛草甸花粉组合能够较好地反映母体植被的群落组成;针阔混交林花粉组合不仅可以很好地指示群落特征,花粉高含量类型还可以与植物群落优势种很好地对应;(3)主要花粉类型冷杉属、杜鹃花科、蔷薇科、珙桐属、槭属和盐肤木属具低代表性;枫杨属、栲属/柯属、桤木属和杉科花粉具超代表性;(4) DCA表明,通过花粉百分含量,能较好地区分人类扰动植被、阔叶林和针叶林,但常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和针阔混交林之间,针叶林和灌丛草甸之间难以区分;(5)利用孢粉学恢复热带亚热带常绿阔叶代表类群樟科群落和第三纪孔遗落叶阔叶属种珙桐群落时,受其主体植物花粉外壁薄,易破碎影响,原生植被优势种缺失;因此,孢粉实验改良和保存环境研究,与其他生物学指标(植物大化石和气孔器)综合分析在重建古植物群落中具有重要意义;(6)植物(如冷杉)花粉含量一定程度上能够指示其林分结构.本研究可为热带亚热带山地及相似地区利用孢粉学进行地质时期气候与环境重建提供理论支持和基础资料,并对植被生态恢复提供实践和参考.

为了筛选对铅和镉具有抗性和吸附性的酵母菌,构建麻疯树根系-酵母菌联合修复体系,促进高浓度铅和镉胁迫下麻疯树的生长.该研究分别从麻疯树的根段、珙桐的茎段、珙桐的根段分离到3株具有铅、镉抗性的酵母菌,分别命名为Jc、Di1、Di2,测定了三者对铅、镉的抗性和吸附性,并将筛选出的2株能吸附铅、镉的酵母菌菌株接种到麻疯树幼苗,研究接种两种酵母菌的麻疯树植株对铅、镉胁迫的响应.结果 表明:经形态学和生理生化特征观察,Jc初步鉴定红酵母属(Rhodotorula sp.),Di1为假丝酵母属(Candida sp.),Di2为德巴利酵母属(Debaryomyces sp.).三种酵母菌对铅、镉都有一定的抗性,其抗性能力的大小为Jc＞Di2＞Di1.Di1和Jc对铅和镉都具有一定的吸附性将其用于接种麻疯树幼苗.与不接种酵母菌(CK)的麻疯树植株相比,接种Di1和Jc的麻疯树植株在根、茎、叶、全株干重方面显著增加,叶绿素、全株氮、全株磷浓度显著增加,SOD、POD、CAT的活性提高,丙二醛(MDA)浓度显著下降.从综合接种效应来看,Jc、Di1作为铅、镉的钝化剂,是铅、镉胁迫下促进麻疯树生长的备选菌株,这对于提高麻疯树对铅、镉污染土壤修复效率具有重要的意义.

在多次调查的基础上,对四川大相岭自然保护区珙桐(Davidia involucrata)群落的植物区系组成、群落结构、更新现状以及群落演替进行了探究.结果 表明:(1)大相岭自然保护区的植被为亚热带向温带过渡的区系类型,大量古老孑遗属的存在反映出珙桐群落植物区系的孑遗性和古老性.(2)群落整体径级结构呈偏正态分布型,高度级结构呈倒J型,群落结构发展趋势较为稳定.(3)大相岭自然保护区珙桐种群整体年龄结构近似呈金字塔型,为增长型种群.总体来说,珙桐纯林(C类型群落)搭配优势度最优,处于后期稳定型演替阶段,是大相岭自然保护区珙桐群落中的顶极群落.研究认为,设立专门的珙桐保护区开展就地保护是针对此类珙桐原生群落有效的保护方法.