濒危物种水杉种群的引种和生存力分析

摘要

水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)，是我国特有的珍稀濒危植物，其自然种群仅分布在我国湖北、湖南、重庆三省市交界的狭窄区域内。自发现以来，对其进行保护的工作一直受到关注。但是由于人类干扰、自然灾害等，水杉自然种群的母树数量下降，人工引种种群也不能完全代表其遗传信息。本研究开发水杉微卫星多态引物(SSR)并将其用于分析水杉种群遗传信息，比较自然种群和人工种群遗传结构的差异，探讨不同年代建立的水杉人工种群的引种来源：同时，结合野外调查数据和资料，运用模型模拟手段对水杉自然种群进行生存力分析，为进一步实施水杉自然种群保护和迁地保护提供理论依据。主要研究结果如下：
　　 1.利用链霉亲和素捕获法，构建水杉微卫星基因文库，筛选到11对水杉SSR多态引物。
　　 2.利用其中的8对SSR引物对水杉自然种群和人工种群遗传分析表明，人工种群的平均等位基因数、等位基因丰富度等指标略高于自然种群；但人工种群的基因分化系数(GST=0.074)低于自然种群的(GST=0.117)，表明人工种群的种群间有着更相似的遗传组成；而且人工种群的平均近交系数(FIS=0.195)高于自然种群的(FIS=0.090)；对14个自然种群进行遗传贡献分析，表明种群杨家院子(YZ)和拱桥(GQ)的总遗传贡献率最大，可作为优先保护种群；STRUCTURE遗传聚类可将14个自然种群分成2个类群。
　　 3.通过UPGMA聚类分析发现，除了泰山(TS)和北京植物园种群(BZ)，水杉人工种群主要与杨家院子(YZ)、小河水杉坝(XB)和拱桥(GQ)这3个自然种群聚在一起，表明从这3个种群引种的可能性比较大；配比检验和亲本分析均显示不同引种年代之间引种来源差异不显著，引种来源集中于杨家院子(YZ)、小河水杉坝(XB)和谋道(MD)这3个自然种群，其他自然种群在各个年代也有少量引种。这些表明引种可能主要来源于杨家院子(YZ)、小河水杉坝(XB)，但是结合STRUCTURE聚类的结果，这2个种群在遗传上聚为同一类，为避免引种种源的单一，建议同时从遗传上聚为另一类的种群如兴国(XG)和倒车坝(DB)中引种。
　　 4.从种群生态学角度研究水杉的种群动态和灭绝风险，通过模拟分析自然种群的生存力及种群发展动态，结果表明：水杉自然种群在近自然状况(水杉被发现初期)下的种群增长率λ为1.6570，种群为增长型，而在当前状况下自然种群为衰退型(λ=0.9967)。按当前的增长方式，如果准灭绝阈值分别为500和50，那么种群的准灭绝概率在今后约600年和1600年分别达到1.0。通过模拟成体期向幼苗期转移的转换概率(α13)的变化，表明在当前状况的阶段转换概率下种群大小处于下降状态，提高α13至现有概率的100倍时(α13=4.7)，种群才能维持稳定状态，即每年需新增萌发的幼苗25，000棵。
　　 综合以上研究，建议继续加强水杉自然种群的就地保护措施，降低人为干扰对自然种群更新造成的危害，突破种群天然更新困难的障碍；迁地引种时避免种质混杂和种源单一的现象，尽可能的实现人工种群间也具有一定程度的遗传分化和遗传上的代表性。