研究背景和概况
百山祖冷杉（Abies beshanzuensis M. H. Wu）为钱江源-百山祖国家公园百山祖园区特有的极度濒危植物，野生种群数量和分布范围极小，而且自然更新相当困难，尽管之前有关研究人员开展了较多的人工繁育研究工作，但对影响该物种自然更新和繁殖的障碍知之甚少。浙江大学生命科学学院于明坚教授（浙江省植物学会名誉理事长）团队于2024年11月15日在Global ecology and conservation上发表了题为“Obstacles affecting seedling germination and reproductive success of the critically endangered speciesAbies beshanzuensis”的研究论文。课题组以钱江源-百山祖国家公园百山祖冷杉为研究对象台，历时5年时间，在2017年通过原生境改良促进种群自然更新（林下萌发出大量的幼苗）和母树结实的背景下，从百山祖冷杉胚发育、幼苗生长和存活动态及其对生境的响应等多个方面开展研究（图1，2），利用多元线性模型探索环境因子对幼苗萌发和生长的影响，通过发育解剖学和叶绿素荧光参数测定来探究百山祖冷杉雌球花胚发育和能量供应的变化状况，从而来探明百山祖冷杉两个关键生长发育阶段的致濒因素。
图1 百山祖冷杉原生境幼苗更新和繁殖障碍研究的假设框架。该框架认为，能量积累、叶绿素荧光参数变化、胚胎发育、种子可育性和环境因素是影响幼苗萌发和繁殖成功的主要因素。
图2 钱江源-百山祖国家公园庆元保护中心3株百山祖冷杉母树的地理位置。
研究结果
研究表明，原生境中过厚枯枝落叶的清除显著提高了幼苗存活率，从2017年到2022年，自然生境幼苗存活687株（图3）。幼苗的丰富度和死亡率除了受凋落物层厚度和盖度、群落郁闭度的显著影响，还受总碳含量、硝态氮和有效磷的影响。幼苗高度生长率也受到凋落物层厚度和盖度、群落郁闭度以及总氮含量的显著影响。在雌球花的发育过程中，由于具球果枝条上叶片叶绿素荧光参数低，光合作用能力下降，提供给雌配子体发育的光合产物和热值减少，雌配子体发育异常，从而导致后期胚乳败育、胚发育异常，降低可育种子的数量（图4）。
图3 钱江源-百山祖国家公园庆元保护中心原生境凋落物清理工程后百山祖冷杉幼苗数量变化情况。a) 凋落物清理前后幼苗数量的变化. b) 2018年萌发幼苗数量到2022年的变化情况; c) 2020年萌发幼苗数量到2022年的变化情况; d) 2021年萌发幼苗数量到2022年的变化情况; e) 2022年幼苗萌发的数量。红色和蓝色圆圈分别为自然生境5月和10月调查幼苗数量，绿色三角形为每年的死苗数量；f) 2018-2022年试验区和对照区幼苗萌发数量。
图4 百山祖冷杉胚珠的纵切面观。a-b: 大孢子母细胞发育; c-f: 雌配子体发育; g-i: 颈卵器发育. FM: 功能性大孢子; FN: 游离核; P: 花粉; FG: 雌配子体; AIC: 颈卵器原始细胞; A: 颈卵器; PV: 蛋白泡; EN: 卵核.
与以往的百山祖冷杉保护和研究相比，本研究创新性地在濒危植物濒危机制研究中加入了生态学和生殖生物学的视角，对于其他冷杉属乃至裸子植物的濒危机制研究和保护措施制定具有重要指导意义。
研究团队与项目支持
浙江大学生命科学学院为论文第一作者和通讯作者单位，于明坚教授实验室博士后张丽芳为本文第一作者，于明坚教授和浙江理工大学吕洪飞教授为该论文的通讯作者。钱江源-百山祖国家公园庆元保护中心吴友贵正高级工程师（第二作者），浙江理工大学冯洁，浙江自然博物院张洋副研究馆员，浙江大学博士生Aya Hafsi，浙江大学巫东豪博士，温州大学刘金亮副教授，浙江大学博士后韦博良作为共同作者参与了此项工作。该研究得到了百山祖国家公园科研项目（2021ZDZX04, 2021ZDZX01）以及浙江省研究院专项项目（2023F1068-3）等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e03317
