桂 平,龍 鵬
(1.銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)學(xué)院,貴州 銅仁 554300;2.遵義市鳳凰山國家森林公園,貴州 遵義 563000)
花櫚木(Ormosiahenryi)為紅豆屬(Ormosia)常綠喬木,又名花梨木、紅豆樹,主要分布在我國廣西、廣東、福建、海南、江西、浙江、貴州及四川等亞熱帶地區(qū),越南和泰國等國也有分布,花期7—8月,果期10—11月[1-2],是集材用、景觀和藥用為一體的多價(jià)值樹種。由于其對生存環(huán)境要求苛刻,且種皮透性差,種子結(jié)實(shí)率低,自然更新能力差,加之人為采伐破壞,致使現(xiàn)存野生資源稀缺,已被列為國家Ⅱ級重點(diǎn)保護(hù)植物[3-4];同時(shí)被納入《國家儲備林樹種目錄》重要資源樹種[5]。當(dāng)前人們面臨生物多樣性的危機(jī)日益嚴(yán)峻,而珍稀植物是生物多樣性不可或缺的組成部分,對珍稀瀕危植物的保護(hù)研究已成為全世界研究的熱點(diǎn)。目前,關(guān)于花櫚木的研究國外報(bào)道較少,國內(nèi)主要集中在繁育技術(shù)和生理生化等方面,保護(hù)生物學(xué)方面的研究還處于薄弱環(huán)節(jié)。基于現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道,從生理生化、瀕危機(jī)制、繁育技術(shù)、生長規(guī)律、價(jià)值利用與開發(fā)及分子生物學(xué)等方面對花櫚木的研究展開綜述;分析造成花櫚木瀕危的致危機(jī)理、解決技術(shù)措施、繁育技術(shù)研究不夠深入及保護(hù)策略不完善等問題的原因;并提出針對性的對策建議,以期為花櫚木的保育、可持續(xù)開發(fā)與利用及今后的深入研究提供參考。
王興龍等[6-7]通過測定不同光照條件下花櫚木光合速率曲線得出,在自然光照條件下,花櫚木有明顯的午休現(xiàn)象;弱光照(50%以下)條件下,花櫚木沒有午休現(xiàn)象;75%的光照強(qiáng)度是花櫚木最適宜的光照條件,此時(shí)對光能利用效率和水分利用率較理想,處理1年生幼苗100 d,其苗高、地徑生長量和總生物量分別為5.35 cm、0.18 cm和9.69 g,均高于100%光照、50%光照和25%光照?;澳緦儆诘驼趄v高水分利用型樹種,喬木蒸騰速率低至0.82 mmol/(m2·s),光合水分利用效率可達(dá)6.5 mmol/mol,培育花櫚木優(yōu)質(zhì)苗木適宜的基質(zhì)相對含水量為80%,在此條件下能實(shí)現(xiàn)水分的高效利用,其生長指標(biāo)和生理指標(biāo)均較理想[8-10]。孟憲帥等[11]通過人工模擬不同的土壤水分環(huán)境研究花櫚木幼苗的生理生化響應(yīng)發(fā)現(xiàn),100%田間持水量是花櫚木幼苗最適宜的水分環(huán)境,其光合速率、葉綠素含量和蒸騰速率均處于最高水平,依次為1.744 μmol/m2·s、16.57 mg/g和1.05 mmol/m2·s,生理指標(biāo)也較理想。
花櫚木根系能與根瘤菌共生形成固氮的根瘤。但在自然條件下,花櫚木結(jié)瘤率低,而結(jié)瘤率通常與幼苗高及生物量存在明顯的正相關(guān)關(guān)系,與無根瘤的花櫚木幼苗相比,具有根瘤的花櫚木幼苗在生理生化、生長和抗性等方面均表現(xiàn)出比較突出的效應(yīng),其葉綠素含量、硝態(tài)氮含量、硝酸還原酶活性、根系活力分別可提高42.9%、6.2%、39.2%和48.7%,總生物量提高1.38倍?;澳居酌缃臃N根瘤菌能夠降低干旱脅迫對葉片質(zhì)膜相對透性的影響,減小對其細(xì)胞造成的脫水傷害,顯著提高花櫚木幼苗的抗旱性,同時(shí)對植株的光和生理、生長有顯著的促進(jìn)作用[12-14]。不同的結(jié)瘤方式鮮明影響花櫚木幼苗結(jié)瘤的質(zhì)量與數(shù)量,其中以澆灌方式最佳[15]。不同配方的氮磷鉀施肥能夠顯著地提高花櫚木幼苗的生長量與生理生化指標(biāo),經(jīng)模型擬合得出,花櫚木最適的施肥方案為氮肥1.41 g/株、磷0.44 g/株、鉀肥0.29 g/株[16]。
WU等[17]以成熟胚為外植體,對花櫚木體細(xì)胞胚胎發(fā)生進(jìn)行誘導(dǎo),并測定非胚性愈傷組織、褐化愈傷組織、雪花狀愈傷組織和胚性愈傷組織的酶活性、能量物質(zhì)、H2O2和內(nèi)源激素含量,觀察其組織化學(xué)變化,結(jié)果表明,能量物質(zhì)是體胚發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ),內(nèi)源激素含量及比例影響體細(xì)胞的脫分化、再分化和胚胎發(fā)生,而能量物質(zhì)及H2O2含量低和低酶活性與非胚性愈傷組織的形成有關(guān),高含量可溶性糖、H2O2、AUX、CKs,高活性PPO和低含量可溶性蛋白是愈傷組織褐化的根本原因,能量物質(zhì)含量高及SOD、POD活性低易形成雪花狀愈傷組織。此外,GAs、ABA含量高,ABA/CKs、GAs/CKs比值高,IAA/ABA、IAA/GAs、AUX/GAs、AUX/ABA比值低是愈傷組織不能形成胚性愈傷組織的原因。
植物瀕危的原因多種多樣,主要是內(nèi)在機(jī)理與外在機(jī)理共同作用的結(jié)果,了解花櫚木植物瀕危機(jī)理,對其保護(hù)具有重要意義。
花櫚木果實(shí)為莢果,自然條件下,花絮結(jié)莢率和莢果出種率都很低,空實(shí)率高達(dá)51.3%,種子發(fā)育過程中存在敗育現(xiàn)象且蟲害發(fā)生嚴(yán)重,蟲害率達(dá)45.3%;種子屬于中粒及以上,自然擴(kuò)散能力較差,主要集中在母樹周圍3~7 m,致使自然更新率低,且花櫚木種子具有休眠特性,種皮堅(jiān)硬致密、透水透氣性差且種皮和種胚中存在抑制其發(fā)芽的物質(zhì),導(dǎo)致其自然繁殖力低,僅為理想繁殖率的1.8%[18-19]。與其他豆科植物一樣,花櫚木種子具有蛋白質(zhì)含量高、營養(yǎng)價(jià)值豐富等特點(diǎn),動物較喜歡啃食,被啃食率達(dá)31.8%,致使其種子在土壤種子庫中保存完好率僅有26.7%[20]。
花櫚木不僅是優(yōu)質(zhì)家具原材料,還是高檔工藝雕刻材料,具有極高的應(yīng)用價(jià)值和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。人類因追求自身利益而對其亂砍濫伐和不合理利用,從而導(dǎo)致其處于瀕危狀態(tài)。
3.1.1 有性繁殖 播種繁殖為花櫚木目前的主要繁殖方式。苗圃地應(yīng)選擇排灌良好,土質(zhì)疏松的砂質(zhì)壤土或輕壤土為宜,采用50%多菌靈可濕性粉劑1 000倍液噴灑土壤進(jìn)行消毒處理[21],適宜播種時(shí)間為3月初[22],由于花櫚木種皮堅(jiān)硬致密、透水性差還具有休眠特性,自然繁殖能力差,為提高其發(fā)芽率,播種前需進(jìn)行催芽處理。目前破除花櫚木種子休眠的最佳方法為采用500 mg/L赤霉素溶液浸泡花櫚木種子12 h,然后置于低溫(4℃)混沙濕藏45 d,此時(shí)發(fā)芽率可達(dá)94%[18]。
3.1.2 無性繁殖 1) 扦插繁殖。僅見根插育苗研究且效果較好。周潔塵等[23-25]選取10 a以上的花櫚木采根,根段長8~15 cm、小頭直徑不小于0.5 cm,取下后用500 mg/kg萘乙酸速蘸基部后斜插于已消毒的肥沃、疏松、微酸性的土壤中,一般50 d后可生根。2) 嫁接繁殖。取當(dāng)年生花櫚木枝條為接穗,于4月采用H形撕皮枝節(jié)法嫁接于紅豆樹砧木或花櫚木本砧上,成活率可達(dá)90%以上[26]。3) 組織培養(yǎng)。喬棟等[27]研究得到籽苗莖段、幼苗莖段和葉片及成年植株葉片的最佳消毒方法,成功構(gòu)建了花櫚木組織培養(yǎng)無菌體系?;澳具m宜的外植體有莖段、胚軸和種子。以幼苗胚軸為外植體,誘導(dǎo)其愈傷組織的最適培養(yǎng)基為MS+2,4-D 1.0 mg/L+KT 0.5 mg/L,誘導(dǎo)率達(dá)96.7%,誘導(dǎo)愈傷組織產(chǎn)生不定芽最適培養(yǎng)基為MS+TDZ 0.1 mg/L+NAA 0.5 mg/L,誘導(dǎo)率達(dá)85%,平均每塊愈傷產(chǎn)生不定芽6.2個(gè)[28]。采用MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.05 mg/L培養(yǎng)基促種子萌發(fā),以萌發(fā)苗的莖段為外植體,增殖培養(yǎng)較理想的培養(yǎng)基為MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.25 mg/L+10% CaCl2,可增殖8倍左右;組培苗生根方式以瓶外生根效果較好,采用IBA 1 mg/L+NAA 2 mg/L混合液浸泡花櫚木無根苗基部20 min,扦插至泥炭土∶石英砂(1∶1),生根率達(dá)88.89%,且能節(jié)約組織培養(yǎng)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益[28-30]。高麗等[31]以花櫚木組培苗莖段為外植體,接種于MS+NAA 1.0 mg/L+KT 0.5 mg/L+6-BA 1.0 mg/L培養(yǎng)基上,設(shè)置3種低溫(1℃、5℃、10℃)處理,以在5℃獲得的耐冷性愈傷組織較好,將其再接種于分化培養(yǎng)基MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.25 mg/L上,獲得的再生植株低溫傷害率最低,僅38.8%,耐寒力得到增強(qiáng)。對花櫚木苗木進(jìn)行抗性鍛煉有助于擴(kuò)大其栽種范圍。不同基因型成熟胚和不同采種時(shí)期的未成熟胚對花櫚木體胚誘導(dǎo)率具有顯著影響。體胚誘導(dǎo)率中成熟胚以基因型來源為貴州平塘的較理想,未成熟胚以8月30日采種的較理想[32],二者相比又以成熟胚為外植體最理想。WU等[33]以成熟胚為外植體,在B5+6-BA 0.2 mg/L+2,4-D 2.75 mg/L+30 g/L蔗糖+0.5 g/L谷氨酰胺的培養(yǎng)基上成功誘導(dǎo)出胚性愈傷組織,胚性愈傷組織在B5+KT 0.5 mg/L+2,4-D 1 mg/L培養(yǎng)基中繼代誘導(dǎo)出體細(xì)胞胚胎,體胚在B5+TDZ 0.5 mg/L+NAA 0.2 mg/L培養(yǎng)基上成功萌發(fā)形成子葉胚?;澳倔w細(xì)胞胚胎發(fā)生的突破為其體細(xì)胞胚胎發(fā)生體系的建立和人工種子的制備等奠定了一定的基礎(chǔ)。
營養(yǎng)袋育苗移栽,有利于提高花櫚木種子的發(fā)芽率、移栽成活率,基質(zhì)的選擇以具有一定肥力,保水透氣性好的混合基質(zhì)為佳[34]。段如雁等[35]研究得出,V泥炭∶ V蛭石∶ V珍珠巖= 2∶ 1∶ 1的基質(zhì)配方最適宜花櫚木苗木生長,其苗高生長量10.07 cm、地徑生長量4.39 mm、總生物量1.83 g、苗木質(zhì)量指數(shù)0.39和葉綠素含量5.23 mg/g等指標(biāo)均高于其他配比基質(zhì)如純泥炭、純蛭石、純黃心土、V泥炭∶ V蛭石∶ V珍珠巖(1∶1∶1)、V泥炭∶ V蛭石(2∶1)、V泥炭∶V珍珠巖(2∶1)、V泥炭∶ V蛭石∶ V珍珠巖(3∶1∶1)。直播育苗,較理想的株行距為15 cm×15 cm[36],播種時(shí)種子胚根朝下放置,覆土4~5 cm,苗木出土后需立即遮陰,透光度45%~50%為宜,遮陰時(shí)間不超過2~3個(gè)月。
吳芳明等[37]通過研究界定了花櫚木1年生苗木的地方出圃級別,其中:Ⅰ級苗,苗高(H)≥40 cm,地徑(φ)≥0.60 cm;Ⅱ級苗,25 cm≤H<40 cm,0.50 cm≤φ<0.60 cm;Ⅲ級苗H<25 cm,φ<0.50 cm。
花櫚木病蟲害較少,病害主要有危害葉片的角斑病,高溫高濕環(huán)境易誘發(fā)該病發(fā)生,一般可用50%多菌靈可濕性粉劑0.167%溶液,或70%甲基托布津可濕性粉劑0.125%溶液進(jìn)行防治[38];蟲害主要有鱗翅目的豆莢野螟和小卷蛾,二者主要危害花櫚木的花蕾及幼嫩組織,影響其開花結(jié)實(shí)和新生枝條的生長發(fā)育;豆莢野螟可用52.5%毒·氯乳油0.1%藥液、20%甲氰菊酯乳油0.05%藥液,或1.8%阿維菌素乳油0.02%藥液,在7月花期開始時(shí)噴施花蕾和嫩莢進(jìn)行防治,防效可達(dá)80%及以上;小卷蛾可用1.8%阿維菌素乳油0.1%藥液、20%殺滅菊酯乳油0.05%藥液在其孵化高峰期進(jìn)行噴霧,防效均可達(dá)90%以上[39]。
野生花櫚木常見于山坡、溪谷、路邊附近天然林內(nèi),也常與杉木、馬尾松、楓香、苦櫧、青岡、竹林、羅浮栲等混生[40]。適應(yīng)性較強(qiáng),在酸性、中性土壤環(huán)境下均能正常生長,為深根性中性樹種,能耐-8℃的低溫環(huán)境。大樹喜光,幼樹較耐陰;萌芽力較強(qiáng),多次砍伐或火燒后仍可萌發(fā)[41-43]。由于氣候條件、土壤養(yǎng)分或地形因子等的不同,人工林的生長規(guī)律存在差異,但整體趨勢呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。沈紹南等[44-46]研究指出,花櫚木株高和胸徑均存在生長速生期,但株高生長速生期相對較短且提前于胸徑生長的速生期;苗木的材積前期增長較慢,集中在第10~13 a開始進(jìn)入材積速生期,相對穩(wěn)定的生長高峰期在第20 a以后。一年中,花櫚木苗木生長分生長初期、生長盛期和生長后期3個(gè)階段,其年生長量總體呈慢-快-慢-快-慢的生長發(fā)育節(jié)律,其中,生長盛期在6月中旬至9月中旬,與速生期(6月中下旬至8月中下旬)吻合,相比出苗期、生長初期和生長后期,持續(xù)時(shí)間最長[47],此階段應(yīng)做好施肥、澆水、除草等養(yǎng)護(hù)工作;生長后期處于秋冬季,為便于苗木安全越冬,可噴施磷酸二氫鉀溶液,促進(jìn)苗木木質(zhì)化[22,38,44]?;澳驹谌郝淇臻g分布中優(yōu)勢地位明顯,處于次林層,上層為高大喬木、下層為灌草的適生環(huán)境;因種子傳播力有限,種群分布的主要表現(xiàn)為聚集分布,種群存活特征卻表現(xiàn)為幼體死亡率高,之后隨個(gè)體增大死亡率逐漸降低而穩(wěn)定[48-49]。
花櫚木分子水平上的研究尚處于起步階段。胡磊等[50]開展花櫚木微衛(wèi)星引物的開發(fā)研究,以花櫚木試管苗為材料提取DNA,將通過PCR擴(kuò)增回收的500~1 000 bp片段與用生物素標(biāo)記的微衛(wèi)星探針(GA)12(AAG)8雜交,再將獲得的序列經(jīng)PCR擴(kuò)增,連接載體pM D19-T,通過篩選,共獲得78個(gè)陽性克隆,24個(gè)微衛(wèi)星序列,開發(fā)出9對SSR引物。研究得出不同表型的花櫚木基因組DNA,為花櫚木種質(zhì)資源的保護(hù)和遺傳多樣性的研究奠定了基礎(chǔ)。
花櫚木不僅有較高的材用和觀賞價(jià)值,而且具有一定的藥用價(jià)值。
古籍《博物要覽》提到:“花梨(花櫚木)產(chǎn)交廣溪澗,一名花櫚樹,葉如梨而無實(shí),木色紅紫而肌理細(xì)膩,可作器具、桌、椅、文房諸器?!被澳静馁|(zhì)優(yōu)良且結(jié)構(gòu)致密,心材平衡含水率比常用木材低3.1%,在制作高檔紅木家具或裝飾雕刻時(shí),相對常用木材較干,耐腐朽,是家具等針對木材含水率低的選擇上品材料[1]。
花櫚木屬常綠喬木,干形直立且樹冠飽滿,葉子橢圓形,四季翠綠,夏季開黃白色花,秋季莢果吐紅,花期7~8月,果期10~11月,是觀賞價(jià)值極高的園林景觀樹種[2]。
在藥用方面,常用于跌打損傷、腰肌勞損、關(guān)節(jié)痛、產(chǎn)后血瘀疼痛等,具有活血化瘀、祛風(fēng)消腫止痛之功,特別是花櫚木自噬能產(chǎn)生抗癌活性成分,其存在1個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的多異戊烯基取代的異黃烷,對A549腫瘤細(xì)胞增殖有很強(qiáng)的抑制作用[51-52],其抗癌天然產(chǎn)物的存在對現(xiàn)今醫(yī)學(xué)相關(guān)癌癥治愈研究具有重大借鑒意義。
優(yōu)良種源的選育是合理開發(fā)利用的關(guān)鍵,研究表明,不同種源花櫚木種子表型具有一定多樣性,其表型性狀隨著經(jīng)緯度的變化而改變[53]。引種能夠擴(kuò)大和豐富本地資源,同時(shí)起到異地資源保存的作用。金念情等[54]將10個(gè)不同種源花櫚木在貴州貴陽進(jìn)行育苗試驗(yàn),通過生長情況比較得出,杭州種源在貴陽的生長表現(xiàn)較好,是引種的首選種源,而安徽黃山種源則不適宜在貴陽引種栽培。
9.1.1 理論和技術(shù)研究有待深入 保護(hù)瀕危植物就是保護(hù)物種多樣性,探明其致危的原因,才能更好地保護(hù)瀕危植物。鄧兆等[18]研究指出,花櫚木種皮和種胚中存在抑制其發(fā)芽的物質(zhì),但對該物質(zhì)的特性及如何打破其抑制作用未作進(jìn)一步探討。韋小麗等[19]研究發(fā)現(xiàn),花櫚木結(jié)實(shí)率低,莢果出種率僅51.3%,但其發(fā)生原因不明。植物的結(jié)實(shí)率高低取決于昆蟲傳粉效率,傳粉效率的高低取決于花粉量和傳粉昆蟲的多少,而授粉是否順利完成受花粉活力、柱頭可授性和外界環(huán)境的影響[55]。造成植物瀕?,F(xiàn)狀的因素很多,除了傳粉效率低和種子萌發(fā)率低外,還存在遺傳多樣性低的原因[56-57],影響因素往往不會單獨(dú)存在,而是由多因子共同制衡的結(jié)果。另外,花櫚木形態(tài)學(xué)研究方面,目前研究僅對其外部形態(tài)特征進(jìn)行描述,對各器官或組織解剖學(xué)方面的研究還是空白;花櫚木分子生物學(xué)方面的研究還處于起步階段。因此,關(guān)于花櫚木的瀕危機(jī)理方面的研究還有待進(jìn)一步探討。
9.1.2 保護(hù)策略欠完善 珍稀瀕危植物是受全世界范圍保護(hù)的對象,花櫚木是我國珍稀瀕危樹種,對其進(jìn)行保護(hù)具有重要的意義?;澳倦m已成為多個(gè)自然保護(hù)區(qū)的重點(diǎn)植物保護(hù)對象,對區(qū)域多樣性發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用,但是對花櫚木種質(zhì)資源的保護(hù)方式仍較單一,通常為就地保存方式[58-59],缺乏以全球生物多樣性保護(hù)為出發(fā)點(diǎn)的保護(hù)措施。
花櫚木為珍貴瀕危樹種,現(xiàn)有野生資源稀少,因此,在今后的研究中可重點(diǎn)從花櫚木瀕危機(jī)理及解決措施、繁育技術(shù)的完善、保護(hù)策略等方面進(jìn)行,從多方位有針對性地對其進(jìn)行種質(zhì)資源的保存,從而促進(jìn)資源的可持續(xù)開發(fā)與利用。
9.2.1 深入研究瀕危機(jī)理 與其他珍稀植物一樣,可從內(nèi)外因素深入探討花櫚木瀕危成因,內(nèi)因主要包括遺傳多樣性、遺傳力、適應(yīng)力、繁殖力及生活力等方面的影響,外因主要是指自然環(huán)境的變遷、人類活動的影響等。若花櫚木遺傳多樣性低,可通過擴(kuò)大種群的數(shù)量進(jìn)行改善,利用現(xiàn)有技術(shù)提高花櫚木的抗性,如根瘤的存在一定程度上能增強(qiáng)其抗性,可營造菌根多樣性環(huán)境從而達(dá)到效果;在造林方面,因花櫚木苗期生長需要一定的郁閉度,則可考慮混交林形式,選擇苗期能為其遮陰、成年不遮擋其光照且能形成良好競爭關(guān)系的植物與其混交,促進(jìn)其生長發(fā)育。因此,可以進(jìn)一步嘗試進(jìn)行花櫚木瀕危成因的深入研究,為制定針對性的保護(hù)策略提供參考。
9.2.2 加快成果轉(zhuǎn)化 成果轉(zhuǎn)化是落實(shí)科研成果的關(guān)鍵?;澳痉N質(zhì)資源稀缺,而成熟的繁育技術(shù)是種質(zhì)資源保存的重要關(guān)鍵,特別是無性繁殖技術(shù)。花櫚木組培快繁體系已成功構(gòu)建,特別是其體胚發(fā)生技術(shù)的突破,但離生產(chǎn)運(yùn)用還存在一定的距離,可加快成果轉(zhuǎn)化步伐,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
9.2.3 強(qiáng)化保護(hù)策略 采取就地保護(hù)與遷地保護(hù)相結(jié)合的方式,在就地保護(hù)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)進(jìn)行遷地保護(hù),建立花櫚木異地種質(zhì)資源基因庫;同時(shí)加強(qiáng)人工繁殖培育,擴(kuò)大種群數(shù)量。再者,在今后的研究方向中,有必要繼續(xù)利用分子技術(shù)手段,采用分子標(biāo)記花櫚木基因進(jìn)行遺傳研究,輔助保護(hù)瀕危植物,為制定花櫚木資源保護(hù)措施提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)。