科研進(jìn)展

華南植物園再次發(fā)現(xiàn)和拯救保護(hù)“消失”近百年的極危植物——毛柄木樨

發(fā)布時(shí)間:2024-10-14 作者:scbg 來源:華南植物園

?桂花是我國(guó)傳統(tǒng)十大名花之一,被稱為花中月老,它是木樨科木樨屬植物的統(tǒng)稱。木樨屬約30種,分布于亞洲東南部和美洲,我國(guó)分布有25種3變種,代表物種木樨(Osmanthus fragrans (Thunb.) Lour.),即桂花,是我國(guó)著名的香料植物。其花清雅高潔,香飄四溢,享有“香飄十里”的美譽(yù),是集綠化、美化、香化于一體的優(yōu)良園林觀賞樹種。由于其觀賞價(jià)值高,經(jīng)過長(zhǎng)久的人工栽培選擇和天然雜交,已形成了四個(gè)品種群百余個(gè)品種。盡管桂花的栽培品種數(shù)量龐大,但木樨屬植物的引種保育現(xiàn)狀并不理想。目前,僅有10余種木樨屬植物被引種栽培,大量的種類尚存在保育空缺,甚至有的物種長(zhǎng)期在野外沒有被監(jiān)測(cè)到,其中毛柄木樨就已經(jīng)“消失”了長(zhǎng)達(dá)九十一年之久(圖1)。

1:毛柄木樨圖版


毛柄木樨的發(fā)現(xiàn)之史實(shí)

?據(jù)標(biāo)本和文獻(xiàn)資料記載,嶺南大學(xué)曾懷德(W. T. Tsang)先生于1932年在廣東?。↘wangtung)大埔縣(Tapu district)銅鼓山(Tung Koo Shan)首次采集到一種木樨屬植物標(biāo)本,采集編號(hào):W. T. Tsang 21629,存放在嶺南大學(xué)標(biāo)本館。此后,同號(hào)標(biāo)本先后輾轉(zhuǎn)至中山大學(xué)植物標(biāo)本館(SYS)、華南植物園標(biāo)本館(IBSC)、中國(guó)科學(xué)院植物研究所植物標(biāo)本館(PE)、英國(guó)皇家植物園—邱園標(biāo)本館(K)和紐約植物園標(biāo)本館(NY)等國(guó)內(nèi)外標(biāo)本館(圖2)。1932年,哈佛大學(xué)植物學(xué)家E. D. Merrill初步將其鑒定為木樨(Osmanthus fragrans Lour.)。1956年,賈良智教授認(rèn)為該種可能是新種,擬定名為毛柄木樨(Osmanthus pubipedicellatus Chia)(裸名,未正式發(fā)表)。1958年,P. S. Green在對(duì)NY的木樨屬標(biāo)本進(jìn)行鑒定時(shí)發(fā)現(xiàn)該號(hào)標(biāo)本花部特征和葉柄毛被情況與木樨屬其他物種表現(xiàn)出差異,將其暫定為疑似新種(Osmanthus species ‘C’)并進(jìn)行了描述。1977年,張宏達(dá)教授將館藏在PE的兩份標(biāo)本定名為秀麗桂花(Osmanthus elegans Chang),但也沒有正式發(fā)表。此后,張宏達(dá)教授通過多方查閱文獻(xiàn)和標(biāo)本將其確定為新種,并于1982年,正式以毛柄木樨(Osmanthus pubipedicellatus Chia ex H.T. Chang)的名稱發(fā)表在中山大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版。至此,時(shí)隔50年,毛柄木樨終于有了自己的“戶口”。

圖2:毛柄木樨模式標(biāo)本(W. T. Tsang 21629)


毛柄木樨的“消失”

?然而,自1932年毛柄木樨首次被曾懷德采集,近百年來,再無其蹤跡報(bào)道。我們?cè)谥袊?guó)植物圖像庫(PPBC,https://ppbc.iplant.cn/sp/26412)上查閱到有關(guān)毛柄木樨的圖片記錄均來自武漢植物園,其葉緣具明顯鋸齒(圖3),與毛柄木樨特征并不相符。

3:中國(guó)植物圖像庫(PPBC)有關(guān)毛柄木樨的記錄(喬娣攝)

?從中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館(CVH,https://www.cvh.ac.cn/)、中國(guó)國(guó)家標(biāo)本資源平臺(tái)(NSII,http://www.nsii.org.cn/2017/home.php)以及全球生物多樣性信息機(jī)構(gòu)(GBIF,https://www.gbif.org/)等標(biāo)本網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)僅查閱到一條除模式標(biāo)本以外的毛柄木樨標(biāo)本記錄,該標(biāo)本由李丙貴和萬紹賓于1975采自湖南江華。該標(biāo)本葉先端漸尖,而非長(zhǎng)漸尖,葉基闊楔形而非狹楔形(圖4),兩者相去甚遠(yuǎn),也應(yīng)為毛柄木樨的錯(cuò)誤鑒定。因此,歷經(jīng)九十余年,真正的毛柄木樨一直沒有被監(jiān)測(cè)到。

4:模式標(biāo)本以外的毛柄木樨標(biāo)本記錄


毛柄木樨的再次發(fā)現(xiàn)

?2022年,華南植物園高級(jí)工程師寧祖林在對(duì)廣東省珍稀瀕危植物遷地保育現(xiàn)狀評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)廣東省特有的國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)極危植物毛柄木樨未被廣東省植物園等相關(guān)遷地保護(hù)機(jī)構(gòu)收集保存,進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行文獻(xiàn)資料檢索、標(biāo)本查閱、在線數(shù)據(jù)庫檢索和相關(guān)專家咨詢,進(jìn)一步確認(rèn)尚無相關(guān)采集監(jiān)測(cè)記錄。為了尋找這一珍稀瀕危植物。2023年2月,寧祖林帶領(lǐng)華南植物園引種保育團(tuán)隊(duì)前往毛柄木樨模式產(chǎn)地進(jìn)行考察,同時(shí)攜帶模式標(biāo)本彩色打印照片對(duì)周邊村民進(jìn)行走訪調(diào)查以尋找毛柄木樨蹤跡(圖5)。經(jīng)過團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)調(diào)查和細(xì)致辨識(shí),最終尋找到了與模式標(biāo)本葉形極為相似的植株,并相繼在9月份和10月份采集到具花和果實(shí)的標(biāo)本(圖6)。

5:野外考察尋找毛柄木樨

6:毛柄木樨花和果


毛柄木樨“真身”驗(yàn)證

?為了確認(rèn)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)的木樨屬物種就是1932年曾懷德所采集的毛柄木樨,一方面對(duì)照模式標(biāo)本進(jìn)行形態(tài)特征鑒定,同時(shí)對(duì)模式標(biāo)本采集DNA樣品進(jìn)行分子鑒定。形態(tài)特征鑒定:我們對(duì)毛柄木樨野外種群進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測(cè),并觀察到葉柄和花梗被毛特征并不穩(wěn)定,存在無毛個(gè)體。通過葉、花、果形態(tài)特征觀測(cè),發(fā)現(xiàn)有毛個(gè)體和無毛個(gè)體的特征與模式標(biāo)本極為相似,將其鑒定為毛柄木樨(圖7),并補(bǔ)充了毛被、果實(shí)和種子形態(tài)特征描述。毛柄木樨與狹葉木樨形態(tài)特征更為接近,但狹葉木樨花梗無毛,葉片狹橢圓形至披針形,先端長(zhǎng)漸尖,呈長(zhǎng)尾狀,可較好的區(qū)分(圖8)。

7:新采集毛柄木樨標(biāo)本與主模式標(biāo)本形態(tài)比較

8. 狹葉木樨 Osmanthus attenuates

系統(tǒng)發(fā)育分析:為了進(jìn)一步確認(rèn)我們所采集的個(gè)體即為毛柄木樨,分別從中山大學(xué)標(biāo)本館(SYS)館藏的主模式標(biāo)本、華南植物園標(biāo)本館(SCBG)和邱園標(biāo)本館(K)館藏的等模式標(biāo)本上取了少量葉片進(jìn)行DNA提取。最終,在邱園Molecular Biology and DNA Bank工作人員Imalka Kahandawala和Angela Biro的幫助下,從保存在邱園標(biāo)本館近百年的等模式標(biāo)本(Tsang W.T. 21629,Sept. 8-29,1932)葉片材料提取到DNA樣品(圖9),成功“復(fù)活”了珍稀植物毛柄木樨。結(jié)合我們采集的毛柄木樨疑似個(gè)體DNA樣品,經(jīng)過一系列處理,基于核ITS和葉綠體matK,trnL-trnF,trnS-trnG和trnT-trnL五個(gè)片段構(gòu)建了毛柄木樨及其近緣物種的系統(tǒng)發(fā)育樹,從分子證據(jù)證明了我們所采集的木樨屬植物個(gè)體即為毛柄木樨。有毛個(gè)體和無毛個(gè)體也聚集在一枝,支持形態(tài)特征鑒定結(jié)果(圖10)。至此,“消失”近百年的國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物毛柄木樨真身得到確認(rèn)。

9:從保存在邱園標(biāo)本館(K)的毛柄木樨等模式標(biāo)本上提取的DNA樣品

10:木樨屬及其近緣類群系統(tǒng)發(fā)育樹


拯救保護(hù)行動(dòng)

種群及其生境調(diào)查:為摸清毛柄木樨種群數(shù)量,探究其瀕危原因,我們對(duì)毛柄木樨種群進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和群落樣方調(diào)查(圖11),對(duì)其群落特征和種群動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析。調(diào)查發(fā)現(xiàn)毛柄木樨野外種群個(gè)體數(shù)僅11株,初步分析其瀕危原因主要存在以下幾個(gè)方面:(1)毛柄木樨伴生物種豐富,涉及42科67屬103種,群落上層分布較多殼斗科和樟科高大喬木樹種,林下郁閉度高,光照不足;(2)缺乏幼苗和小樹,種群齡級(jí)結(jié)構(gòu)呈單峰型,未來有衰退趨勢(shì);(3)種群齡級(jí)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)指數(shù)顯示種群不穩(wěn)定且易受外界環(huán)境干擾;(4)存在生殖問題,花量大但結(jié)實(shí)率低、果實(shí)早落、成熟果實(shí)脫落后被動(dòng)物啃食、種子易于腐爛、林下凋落物過厚且郁閉度高影響種子自然萌發(fā)更新。有關(guān)毛柄木樨的遺傳多樣性及部分瀕危原因有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)。

11:毛柄木樨樣方調(diào)查團(tuán)隊(duì)

種苗繁育工作:我們?cè)谝巴獗O(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)毛柄木樨開花量大,但結(jié)實(shí)率低,枝條上僅見到零星果實(shí),也沒有在林下找到幼苗。因此,對(duì)其開展搶救保護(hù)工作勢(shì)在必行,當(dāng)務(wù)之急是解決其繁殖技術(shù),培育種苗復(fù)壯種群。幸運(yùn)的是,在2023年9月監(jiān)測(cè)到毛柄木樨開花,結(jié)合花和葉片形態(tài)特征初步將其鑒定為毛柄木樨之后,我們便采集了部分枝條帶回植物園進(jìn)行扦插繁殖實(shí)驗(yàn)。在種苗繁育組人員的努力下成功突破其扦插繁殖關(guān)鍵技術(shù),并對(duì)種群全部個(gè)體進(jìn)行扦插繁殖獲得種苗(圖12),成功將毛柄木樨野外種群基因克隆復(fù)制保存在華南植物園。同時(shí),我們也在持續(xù)監(jiān)測(cè)毛柄木樨野外種群開花結(jié)實(shí)、果實(shí)發(fā)育及種子萌發(fā)等情況。2024年2月下旬,果實(shí)成熟脫落,掉落在林下地上的果實(shí)有的完全腐爛,有的被動(dòng)物啃食后僅留下了殘殼(圖13)。我們僅收集到4粒完整的種子(圖14),這些種子在播種十多天后均在基質(zhì)中腐爛,未能萌發(fā)出種苗。

12:扦插繁殖的小苗

圖13:動(dòng)物啃食后殘留的軀殼

14:僅剩的4顆完整的種子

?該研究工作基于1932年采集的毛柄木樨模式標(biāo)本形態(tài)特征和DNA分子證據(jù)證實(shí)了廣東特有國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)極危植物毛柄木樨的再次發(fā)現(xiàn),并補(bǔ)充了該物種的物候和形態(tài)特征描述,同時(shí)對(duì)其種群和群落特征進(jìn)行了調(diào)查分析,初步揭示了毛柄木樨種群動(dòng)態(tài)和瀕危原因,研究結(jié)果對(duì)珍稀植物毛柄木樨的保護(hù)和資源利用具有重要科學(xué)意義。相關(guān)研究結(jié)果已近日在線發(fā)表于生物多樣性領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊Biological Diversity上。華南植物園謝丹工程師為論文第一作者,寧祖林高級(jí)工程師為論文通訊作者,徐一大、劉蓉、董書鵬和邱園Imalka Kahandawala和Angela Biro參與了相關(guān)工作。同時(shí),該工作得到中國(guó)科學(xué)院昆明植物所張志榮,中山大學(xué)廖文波、羅麗娟和王亞榮,仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院胡秀,華南植物園廖景平、顏海飛、涂鐵要、曾佑派、湯銀珠、許炳強(qiáng)、陳玲、倪靜波、李冬梅、李夢(mèng)靈、李守潔、劉華、鄒璞、張煒、古詩然等老師的幫助,在此一并致謝。該研究得到廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研究計(jì)劃項(xiàng)目和2023年中央林業(yè)草原生態(tài)保護(hù)恢復(fù)資金國(guó)家重點(diǎn)野生動(dòng)植物保護(hù)補(bǔ)助項(xiàng)目的支持。論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bod2.12018.





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