菊花近緣野生種質資源研究進展及保護建議 | 科技導報

科技導報 發佈 2024-01-20T20:20:33.313231+00:00

綜述了菊花近緣野生種質資源的地理分布特徵、多樣性熱點、研究現狀、珍稀物種保護等,分析了中國特有的菊屬、亞菊屬以及其他珍稀菊科物種的生存及保護現狀,提出了以菱葉菊、桌子山菊、密絨亞菊、太行菊、復芒菊、白菊木以及櫨菊木為主的一批珍稀種質資源的研究進展和建議保護等級。

綜述了菊花近緣野生種質資源的地理分布特徵、多樣性熱點、研究現狀、珍稀物種保護等,分析了中國特有的菊屬、亞菊屬以及其他珍稀菊科物種的生存及保護現狀,提出了以菱葉菊、桌子山菊、密絨亞菊、太行菊、復芒菊、白菊木以及櫨菊木為主的一批珍稀種質資源的研究進展和建議保護等級。從原生境調查與保護和瀕危機制研究兩方面闡述了珍稀物種保護的研究進展,並從前沿監測技術體系發掘以及多學科交叉分析的角度,提出了菊花近緣野生種質資源保護的研究方法和發展方向。

菊花(Chrysanthemum morifolium Ramat.)為菊科春黃菊族(Anthemideae,Asteraceae)蒿亞族(subtribe Artemisiinae)菊屬(Chrysanthemum L.,後文簡寫為C.)多年生植物,是世界著名觀賞花卉,在切花貿易中僅次於月季。中國是最早(公元前15世紀)進行菊花栽培的國家,並由此向東亞和世界主要地區傳播發展,使之成為重要的園藝作物。菊花不僅具有很高的觀賞價值,還具有很好的藥用及茶用價值。菊花近緣種質資源主要包括菊屬、亞菊屬(Ajania Poljakov,簡寫為A.)、太行菊屬(Opisthopappus C. Shih,簡寫為O.)、櫟葉菊屬(Phaeostigma Muldashev,簡寫為P.)、短舌菊屬(Brachanthemum DC.,簡寫為B.)、女蒿屬(Hippolytia Poljakov,簡寫為H.)以及蒿屬(Artemisia L.,簡寫為Ar.)等野生物種,它們是菊花新品種選育的重要物質基礎,同時對菊花起源演化和藥用成分研究具有至關重要的意義。

菊花近緣種質資源中,菊屬和亞菊屬與菊花的近緣關係相對較近,二者之間容易獲得雜交後代。櫟葉菊屬因其直立的管狀花花冠,褐化的柱頭和具微刺的花粉,由Muldashev從亞菊屬中分離出來單獨成屬,分子生物學及形態學研究表明該屬與蒿屬親緣關係更為密切。太行菊屬為中國特有屬,主要分布於太行山一帶,能與菊屬和亞菊屬產生雜交後代。

中國和日本是較早針對菊花近緣種質資源展開系統調查和研究的國家,同時是種質資源豐富的國家,在資源收集、形態學、細胞學、分類學和分子生物學等研究領域取得了一系列重要進展。尤其是中國,菊花近緣種質資源非常豐富,研究成果十分豐碩。目前,全球約有39種菊屬物種,24個亞種、變種及變型,中國分布有26種,其中18種為中國特有;亞菊屬約有37種,中國有29種,其中特有18種。中國特有種質資源中,部分物種地理分布非常狹窄,對特殊生境依賴程度高,種群數量較低,極易受到人為因素或自然因素的影響,處在易瀕或瀕危的邊緣。例如,菱葉菊(C. rhombifolium)僅分布於中國重慶巫山縣;裂苞菊(C. foliaceum)僅分布於山東濟南千佛山景區;C. bizarre僅分布於湖南張家界天門山海拔800~ 1400m的岩石峭壁及石質山坡上;桌子山菊(C. zhuozishanense)僅分布於內蒙古烏海桌子山2000~2140m的潮濕北坡。此外,還有個別特有物種至今未發現活體植株,研究僅限於模式標本和原記錄,例如分布於雲南省西北部的雲南亞菊(A. elegantula)。然而,目前針對上述菊花珍稀種質資源的研究相對缺乏,對其的保護大多限於採樣後的異地保存,往往忽視對原生境的研究與保護,且異地保存的數量和規模較為有限,難以有效地維持或擴大種群數量。因此,針對菊花珍稀瀕危近緣種質資源的系統調查研究與保存已經迫在眉睫,重要性日益凸顯。

本研究將從菊花近緣種質資源的地理分布特徵、多樣性熱點、研究現狀、珍稀物種保護等方面展開綜述。同時,結合前沿技術手段和研究發展方向,系統地闡述菊花近緣種質資源保護的背景意義、技術方法及存在的問題。最後,提出菊花近緣種質資源保護建議和理論依據,並展望其未來的發展前景和方向。

地理分布特徵

深入了解野生種質資源的地理分布特徵是進行保護研究的前提,同時也是重要的基礎,脫離了地理分布,保護研究形同無本之木。地理分布特徵需要大範圍和長期的野外調查研究作為支撐,往往需要幾代植物學家的不斷積累,而這種積累的直接成果則體現為大量的植物標本以及各種植物志。《中國植物志》(第七十六卷)、《日本植物志》、《蘇聯植物志》(第二十六卷)、《歐洲植物志》(第四卷)、《北美植物志》(第十九卷)、《The families and genera of vascular plants》等是較早對菊屬和亞菊屬等菊花近緣類群進行系統研究和記載的文獻資料。隨著植物標本數位化和信息化的發展,全球各大標本館的館藏標本越來越便於查閱和研究,為菊花近緣種質資源的地理分布特徵研究提供了極大的支撐。同時,深入的野外調查不斷發現的新物種和新記錄,使得菊屬、亞菊屬和櫟葉菊屬等菊花近緣種質資源的地理分布規律愈加清晰明朗。下文將針對菊屬、亞菊屬、櫟葉菊屬、太行菊屬以及其他中國珍稀菊科物種的地理分布特徵進行綜述。

菊屬

菊屬全球約39種,分布於歐亞大陸及北美大陸,其中在歐亞大陸主要分布於中國除西北地區外大部分地區、日本全境、俄羅斯全境及朝鮮半島,歐洲東北部、印度、緬甸及尼泊爾也有少量分布,而在北美大陸則分布於北美洲西北部(北極菊C. arcticum)。就氣候類型而宮,菊屬主要分布於年平均降水量500mm及以上的濕潤和半濕潤地帶,分布緯度主要主要集中在25°N~45°N,最北至72°N,最南至10°N左右。根據舌狀花顏色和地理分布,Liu等將菊屬分為2組,白-紫色舌狀花的紫花野菊組(C. zawadskii group)和黃色舌狀花的野菊組(C. indicum group),前者主要分布於中國北方,後者則主要分布於中國南方。白-紫色舌狀花物種地理分布最南至24°N左右,來自分布於台灣的森氏菊(台灣菊,C. morii)以及蓬萊油菊(C. horAImontanum)。中國特有菊屬物種18個,其中,C. rhombifolium、C. foliaceum、C. bizarre、C. zhuozishanense、C. yantaiense等物種地理分布非常狹窄(分布區域最大半徑均不超過50km),種群數量相對較低,較為珍稀(表1)。日本是中國之外菊屬物種較為豐富的國家,Kitamura、Nakata等是較早對日本菊屬物種的地理分布進行系統研究和報導的學者。日本分布有7個特有物種,部分特有種分布也十分狹窄,例如C. crassum和C. okiense。這些地理分布狹窄的特有物種,除C. crassum、C. okiense和C. yantaiense等部分物種分布在小島和海岸邊之外,其餘大部分分布在山地,且往往生存在多石(stony)或石質(rocky)的地貌和生境中。

亞菊屬

亞菊屬全球約37種,主要分布於中國西北,中亞及南亞的半乾旱和乾旱地區,中國西南、華北、東北以及日本中部等地區也有分布。菊屬和亞菊屬在中國的地理分布範圍呈現出總體分離而局部交叉的規律特徵,且存在明顯分界線。總體上,菊屬主要分布於中國相對較為濕潤的南部、東北及華北地區,而亞菊屬則主要分布於中國乾旱、半乾旱的西北、中北、西南地區,2個屬呈現出以中國濕潤-半乾旱/乾旱地帶分界線為主要分割線的區域分離分布格局。此外,亞菊屬主要分布在坡位較高的接近峰頂的位置,且平均分布海拔顯著高於菊屬。中國特有亞菊屬物種18個,其中大部分分布於中國西南,集中在雲南和四川2個省橫斷山脈及其周邊區域(表1)。其中密絨亞菊(A. serices)是目前已知的中國乃至全球分布緯度最南的物種,且僅分布於大理洱源洋芋山2700~3000m海拔的南坡向多石地貌上,種群數量相對較低,處在易危(VU)的狀態。

表1 中國特有菊屬和亞菊屬物種及其建議保護等級

櫟葉菊屬

櫟葉菊屬最初的成員僅為3個中國特有的物種,分別是櫟葉菊(P. quercifolium)、柳葉櫟葉菊(P. salicifolium)、異葉櫟葉菊(P. variifolium),此觀點得到了分子系統發育以及形態學的相關支持。之後,將原西藏亞菊(A. tibetica)、紫花亞菊(A. purpurea)和分枝亞菊(A. ramosa)從亞菊屬中分離出來合併至櫟葉菊屬中,成為西藏櫟葉菊(P. tibeticum)、紫花櫟葉菊(P. purpureum)和分枝櫟葉菊 (P. ramosum),將屬成員擴大至6個種。此外,原滇北亞菊(A. junnanica)與該屬成員的孢粉形態基本一致,為蒿型花粉(Artemisia-type pollen),且形態與櫟葉菊較為相似,與該屬關係密切。該屬除西藏櫟葉菊外,其餘均為中國特有,且主要分布在橫斷山脈和喜馬拉雅山脈的高海拔高坡位地區。

其他近緣類群及珍稀菊科物種

太行菊屬(Opisthopappus)為中國特有屬,主要分布於中國太行山脈及其周邊區域,多生長在山坡岩石及峭壁上。由於具有類似野菊的清肝明目的功效,人為採挖嚴重,處於瀕危狀態。該屬與菊屬和亞菊屬親緣關係密切,二者之間可獲得雜交後代,對菊花新品種選育有重要研究價值。

復芒菊(Formania mekongensis)為中國特有單種屬,地理分布十分狹窄,僅分布於雲南德欽至四川巴塘一線的金沙江河谷地帶,通常分布於多石山坡灌叢邊緣及崖壁上。該屬植物分類一直存在爭議,《中國植物志》將其歸入春黃菊族,而Bremer和Humphries則將其歸入紫菀族,根據其種子電鏡掃描結構和苞片結構,復芒菊的親緣關係與紫菀族更為密切。由於地理分布狹窄,種群數量低,生境脆弱,易受到人為影響,且在植物分類、植物區系演化和多樣性保護方面具有較高的科研價值,該種2021年9月調整之前為中國II級保護植物。

白菊木(Leucomeris decora)和櫨菊木(Nouelia insignis)是中國僅有的2種木本的「菊樹」,通常為小喬木,最高可生長至8m。白菊木主要分布於中國雲南,最北至大理,越南、泰國、緬甸也有分布,主要分布於乾熱河谷和山坡林間,由於種群較小,具有較高的植物演化和譜系地理研究價值,為中國II級保護植物。櫨菊木為中國特有單種屬,主要分布於雲南西北部、四川西南部的乾熱河谷地帶,由於數量稀少、珍貴、特有、受威脅嚴重、科學及文化意義大,2021年9月前同樣為中國II級保護植物。由於兩者是中國菊科物種中難得一見的木本植物,具有較高的觀賞價值。

目前中國菊科保護植物還有:巴朗山雪蓮、雪兔子、雪蓮、綿頭雪兔子、水母雪兔子、阿爾泰雪蓮和革苞菊。上述物種地理分布狹窄,生境特殊,受人為和自然因素影響大,處在瀕危和易危的狀態。

多樣性熱點

菊花近緣野生種質資源地理分布範圍較廣,然而,不同分布區域之間的物種多樣性差異較大。例如,俄羅斯西伯利亞地區面積遼闊,但僅有紫花野菊以及北極菊等個別菊屬物種分布。基於物種豐度比值和分布面積比值,以及量化的生物地理學研究結果表明,菊屬存在2個全球範圍內的多樣性熱點(圖1(a),深橙色及黃色區域)。從國家層面分析,分別為中國、日本2個多樣性熱點。從具體地理區域分析,分別為中國西南至東北山脈群及其周邊地區(CSNMS),以及日本四大島及周邊島嶼;中國西南至東北山脈群主要為:橫斷山脈-秦嶺山脈-賀蘭山脈-陰山山脈-太行山脈-燕山山脈,而日本四大島嶼及周邊島嶼主要為:本州島、九州島、四國島、北海道島、奄美諸島、隱岐諸島、伊豆諸島及對馬島。2個熱點之間物種相似度較低,Sørenson指數SI為0.17(<0.3)。

以菊屬、亞菊屬和櫟葉菊屬3個屬為整體研究對象,則全球多樣性熱點區域如圖1(b)紅色及橙色區域所示,與菊屬的熱點區域不同之處在於增加了喜馬拉雅山脈,而日本熱點則與菊屬的熱點相同。中國熱點面積比值約為6.28%,而物種豐度為59,豐度比值高達71.08%。中國熱點各山脈中,橫斷山脈及其周邊區域的物種多樣性相對較高,而且是3個屬交叉分布的主要區域。

菊花近緣野生種質資源研究現狀

針對菊花近緣野生種質資源的研究,目前有以下5個主要方向:(1)植物分類及系統發育;(2)菊花起源及演化;(3)基因組學及功能分析;(4)雜交育種及抗性選育;(5)活性成分及代謝分析。

植物分類是野生種質資源研究的基礎,關於菊花近緣類群的植物分類及系統發育目前仍然存在歧義。Ohashi和Yonekura在日本菊屬物種名單統計時認為,菊屬和亞菊屬之間容易獲得雜交後代,將二者合併為一屬,菊屬、亞菊屬、櫟葉菊屬分別為菊屬下的3個不同組。分子系統發育,基於ITS(internal transcribed spacer)、ETS(external transcribed spacer)、cpDNA(chloroplast DNA)和singlecopy nuclear gene等不同基因序列構建的菊屬近緣類群系統發育樹,由於採樣範圍、置根(rooted)或外類群(outgroup)及系統發育方法的不同,結果存在較大歧義以及系統發育的不確定性(phylogenetic uncertainty)。總體而言,菊屬和亞菊屬親緣關係非常近,二者的部分物種在多數系統發育樹中都存在相互嵌合的情況;櫟葉菊屬與蒿屬的親緣關係更近,與菊屬和亞菊屬關係相對較遠,應獨立成屬。目前,基於全基因組重測序的菊花近緣類群系統發育研究還相對缺乏。此外,由於相關類群地理分布較廣,部分物種的分類研究目前還處在模式標本和形態學階段,缺乏較為完整和深入的數據支持。因此,菊屬和亞菊屬是否應合併為一屬,還需進一步研究。

菊花起源是一個意義重大的科學問題,同時,也是高度複雜的科學問題。經過長期的研究積累,目前已取得重要研究進展,且諸多問題已日漸明朗。然而,具體的起源地點、起源時間及演化歷史仍然缺乏明確答案。菊花近緣野生種質資源之間的親緣關係和演化歷史,是研究菊花起源問題的關鍵因素,也是核心依據。基於葉綠體基因和核基因的分子生物學研究結果表明,雜交和異源多倍體是不同菊花起源的重要機制,且有多個菊屬物種是菊花起源的先祖類群,參與了多父系的多重雜交,而地理和生態因素可能決定野生物種參與物種起源的機會。諸多細胞學研究結果則表明,菊屬的系統演化是一個從低倍到高倍異源多倍體化的過程,而菊屬和近緣屬譜系中,從二倍體演化至四倍體是一個相對古老的事件,而從四倍體演化至六倍體,以及六倍體演化至八倍體則是相對較近的事件。歷史生物地理學的重建則表明,菊屬群起源於中亞,並進行了東向的遷移。野菊類群(C. indicum complex)二倍體主要分布於中國北方和中部,而四倍體則主要分布於中國南部,第四紀冰川期相對乾燥的氣候導致四倍體類群快速向南輻射發展。而在第四紀冰期—間冰期旋迴(Glacial-Interglacial Cycle)的劇烈氣候變化中,橫斷山是菊屬、亞菊屬和櫟葉菊屬潛在的避難所,並對相關類群多樣性的形成起到了重要作用。

隨著測序、組裝和注釋等相關技術和算法的優化和發展,菊花近緣野生種質資源基因組學研究取得了重要的研究進展。目前,已對甘野菊(C. seticuspe)、菊花腦(C. nankingense)和甘菊(C. lavandulifolium)完成了全基因組測序,分別從菊屬模式植物、藥用性狀和頭狀花結構發育等不同側重點對相關基因組功能進行了深入分析,並揭示了菊屬全基因組複製(WGD)和全基因組三倍化(WGT)等重要演化歷史。雜交育種及抗性選育經過長期積累,在屬間雜交、優良抗性篩選等方面取得了矚目成果。作為重要的茶藥兩用資源,菊屬和亞菊屬物種的活性成分及代謝分析等相關研究逐年遞增,成為菊花近緣野生種質資源研究的熱點。

珍稀物種保護研究進展

菊花近緣野生種質資源研究在上述諸多方向均取得了重要研究進展,然而,保護研究卻相對缺乏,尤其是在原生境調查保護和瀕危機制研究等方面還處在相對空白的階段。而隨著氣候變化、人為採挖、生境破壞等因素的不斷發展,保護研究的重要性已不言而喻,針對菊花近緣野生類群保護的研究方法和技術亟待進行深入和系統的探索。

原生境調查與保護

原生境是物種賴以生存和發展的環境基礎,尤其是珍稀和區域特有物種,它們對原生境的依賴程度更加嚴重,對環境有著更加苛刻的要求。此外,原生境調查和保護,是分析瀕危機制、種群發展趨勢,以及開展原位保存的重要基礎和前提條件。而物種分布模型、地形地貌、植被群落通常是原生境調查與保護的重要研究內容。Chu等在對橫斷山特有種大花象牙參(Roscoea humeana)對氣候變化響應的研究中,採用譜系地理學(phylogeography)和景觀(地形)基因組學(landscape genomics)研究方法,結合該物種的單核苷酸多態性(SNP)位點、地理分布模型和梯度森林分析等進行綜合分析。結果表明,橫斷山區第四紀氣候波動和小型避難所的持續存在形成了目前的大花象牙參遺傳結構和多樣性,並預測該物種未來可以在最熱季降水量大於560mm的避難所中生存。Auld等基於高山植物地理分布的歷史記錄和實地調查數據分析發現,36種澳大利亞高山植物中有11種的平均分布海拔髮生了向上的遷移,如果目前的變暖趨勢繼續下去,澳大利亞高山地帶的一些物種可能會在一個世紀內失去合適的棲息地。張滋芳等對珍稀瀕危植物矮牡丹(Paeonia suffruticosa)生存群落的研究,結果表明,在對矮牡丹保護的同時應加強與其正相關性較強的物種在其群落中的保護和建立,促進其群落趨於穩定,以求達到實效保護的目的。在菊花近緣野生種質資源方面,Chen等研究發現,菊屬及其近緣類群在環洱海周邊區域中主要分布於海拔3000m左右的多石地貌上的高山針闊混交林邊緣生態群落中,此外,其中針葉主要來自松屬物種,而闊葉主要為櫟屬硬葉常綠高山櫟系物種及高山杜鵑。這種多石地貌和特定的植被群落構成的生態島嶼,成為當前間冰期相關物種的避難所。朱華和杜凡則建議設立雲南金沙江乾熱河谷薩王納(savanna)植被自然保護地(圖2),以保護珍稀物種櫨菊木,和該區域特殊的植物區系與完整的生態系統。

野外實地勘察和統計是必不可少的研究方法,通過樣方分析能得到較為準確的結論,在條件允許的情況下,設置越多的生態樣地,越能夠得到科學和完整的數據。然而,野外實地勘察的範圍和面積受到人員和團隊數量、研究時間和周期的限制,通過利用北斗等高解析度和數位化的衛星圖像和圖層,以及基於無人機航拍系統(UAS)的地面遙感,可以大幅提高調查範圍和監測頻率。同時,結合野外實地調查,通過人工智慧(AI)識別,模型和算法優化,提高遙感監測的準確率,完善監測技術體系。此外,通過生境的重複繪圖數據(repeated habitat mapping data),結合空間和時間的氣候變化,探究植物區系以及珍稀瀕危物種的變化發展趨勢是未來原生境調查和保護的發展方向。

瀕危機制

植物種群的瀕危機制通常由內外兩方面因素相互作用構成。內因方面,主要由植物本身的適應性、抗逆性、遺傳多樣性以及生殖策略等因素組成,相關因素存在缺陷或相對較差的物種,難以形成分布廣數量高的種群,進而瀕危。這些因素由基因組控制,最終通過生理代謝和性狀表型實現。基因組研究發現,瀕危物種Ostrya rehderiana相較於該屬分布廣泛的O. chinensis,積累更多的有害突變(deleterious mutations),然而,清除了更多的嚴重有害隱性變異(severely deleterious recessive variations),這種清除作用和逐漸減少的近親繁殖抑制可能共同減緩了瀕危物種的滅絕。

外因方面,主要由氣溫、降水、緯度、海拔高度、地形地貌、植被群落、生態位、傳粉昆蟲、土壤類型、病蟲害、人為破壞及社會經濟等諸多因素共同組成。其中,地形地貌、植被群落2個因素,直接關係到菊花近緣物種的地理分布規律、遷移演化路徑,以及種群在群落中的生態位、傳粉機制和依存競爭關係等重要的生存機制,對菊花起源這一問題有重要研究意義。部分菊花近緣物種是傳統中草藥,部分是中國少數民族常用植物,因此人為採挖對其種群數量有一定影響,需要從藥學和民族植物的角度進行瀕危因素分析,並制定相應的保護措施。

原生境調查與保護及瀕危機制研究的主要目的都是為珍稀瀕危物種保提供科學的方法和依據。珍稀瀕危物種的保護方法不僅有針對原生境的原位保存,還有異位保存,通過人工繁育來維持和擴大種群數量。在異位保存層面,北京林業大學、南京農業大學、中國農業大學、北京大學以及北京師範大學等中國高校和科研單位,經過長期的調查採樣,異位保存了相當數量和種類的菊花近緣野生種質資源,為相關物種的保護研究提供了堅實的基礎。然而,針對菊花近緣野生種質資源的原位保存卻相對缺乏。確立某個物種或種群的保護等級和保護方法,往往需要進行長期、深入的野外調查,從瀕危係數、遺傳價值係數、利用價值係數、生境係數等多層次進行綜合分析。而調查和研究方法,往往需要結合生態學、生物地理學、譜系地理學、形態表型等宏觀數據,以及生態基因組學、地形基因組學、全基因組關聯研究(GWAS)、基因分型測序(GBS)等微觀數據,才能得出較為全面和科學的結論。

保護建議與策略

菊花近緣野生種質資源,在菊花新品種選育、菊花起源研究及藥用活性成分分析等領域均具有較高的研究價值和重要的研究意義。同時,菊花近緣野生種質資源多樣性是生物多樣性的重要組成部分,對生態環境和多樣性保護有重要意義。中國菊花近緣野生種質資源豐富,是全球多樣性熱點,中國特有菊屬物種18種,亞菊屬18種,是全球目前兩屬特有物種最多的國家。中國在植物分類及系統發育、菊花起源及演化、基因組學及功能分析、雜交育種及抗性選育、活性成分及代謝分析等研究領域取得了一系列重要研究成果。中國部分特有物種地理分布十分狹窄,種群數量較低,非常珍稀,且多分布於偏遠難至的山區,針對這些珍稀特有物種的系統研究往往相對缺乏。此外,部分珍稀物種面臨著生境破壞、人為採挖等嚴重的生存威脅,亟待開展系統的保護研究。然而,目前針對珍稀菊花近緣野生種質資源的保護研究較為缺乏,尤其原生境保護更是處在相對空白的階段,重要性日益凸顯。

根據標本記錄、文獻資料,對菊花近緣野生種質資源保護展開了系統綜述。根據地理分布、生境狀況和受人為破壞因素提出了中國特有菊屬和亞菊屬物種的建議保護等級,其中菊屬有5個易危物種,分別是裂苞菊、線苞菊、森氏菊、菱葉菊和桌子山菊,4個近危物種,分別是C. bizarre、異色菊、蓬萊油菊和C. yantaiense;亞菊屬有1個易危物種,為密絨亞菊,2個近危物種,分別是麗江亞菊和內蒙亞菊。此外,太行菊、復芒菊、櫨菊木和白菊木等珍稀菊科物種同樣亟待保護和研究。

針對上述珍稀菊花近緣野生種質資源的保護,應從原位保存和異位保存2方面同時開展,不斷完善保護的策略。對於原位保存,應該從以下4個重要方面出發:(1)野外實地調查;(2)原生境及種群監測;(3)瀕危機制解析;(4)原生境保存點建設,完善研究方法,創新技術體系,從而綜合提高保護的效率。首先,野外實地調查是原位保存的重要基礎,應針對珍稀物種積極開展持續的、長期的、大範圍的實地勘察,同時充分利用大數據、雲存儲等現代科技手段提高野外調查和數據收集統計的效率。其次,原生境是珍稀種群賴以延續和發展的關鍵因素,對原生境和種群進行精準高效的檢測,是保護策略中的關鍵環節和重要導向。基於北斗等高解析度和數位化的衛星圖像和圖層,以及基於無人機航拍系統的地面遙感多光譜數據,利用AI識別,生境的重複繪圖等新技術,發掘和創新數位化、智能化的原生境及物種監測研究體系,提高監測和調查的範圍及效率,分析植物區系、群落以及珍稀物種的發展趨勢。再次,瀕危機制解析是制定行之有效的保護策略的先決條件,應從生態學、生物地理學、譜系地理學、生態表型組學、生態基因組學、地形基因組學、全基因組關聯分析等多學科交叉融合的角度出發,從內因和外因2方面綜合解析珍稀物種的瀕危機制。最後,原生境保存點建設是珍稀物種保護的重要手段,應加強對當地相關人群的宣傳講解,並由當地政府主導,高校和科研院所共同協力,加強原生境保存點以及保護區的建設,切實保護好珍稀種質資源。

對於異位保存,應該從以下4個重要方面出發:(1)繁殖技術研究;(2)離體組織、DNA/RNA保存;(3)種子採集與種子庫保存;(4)種質資源保存圃建設,系統地更新和完善異位保存策略。首先,繁殖是種群延續和擴大的核心,應從有性和無性2個角度研究和更新繁殖技術,建立完善的人工繁殖技術體系。其次,應重視離體組織、DNA/RNA的保存,充分發揮該保存方法保存時間長,需要空間小等技術優勢。再次,種子庫保存是人為打造的珍稀植物的「諾亞方舟」,具有保存時間長,抗風險等級高等諸多優點,應定期採集種子,進行種子庫保存。最後,種質資源保存圃是人工保存和擴大種群數量最直接有效的方法,應優先選擇與原生境相似或相近的環境條件建立種質資源保存圃,同時注重物種的馴化,完善栽培和管理體系,人工擴大種群數量。

在完善原位保存和異位保存策略的同時,應加強種質資源的開發和利用,結合國家發展和經濟產業的需要,從觀賞價值、食用價值、藥用價值等多角度出發,積極研究和探索菊花近緣野生種質資源的合理開發利用。保護和利用有機結合,才能更好地完成珍稀物種的長期保護,達到人與自然和諧發展,良性循環的保護發展目的。

本文作者:陳希、蔣甲福、陳發棣

作者簡介:陳希,大理大學農學與生物科學學院,講師,研究方向為菊花種質資源演化及生物地理學;陳發棣(通信作者),南京農業大學園藝學院,教授,研究方向為菊花遺傳育種及分子生物學。

原文發表於《科技導報》2023年第4期,歡迎訂閱查看。

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