中国苎麻属野生种资源多样性保护现状与对策

2012-12-05 06:52潘其辉高海军龚秋林陈勇玲陈晓蓉欧阳爱平刘上信刘灵燕
中国麻业科学 2012年6期
关键词:苎麻种质资源

潘其辉,高海军,龚秋林,陈勇玲,陈晓蓉,欧阳爱平,刘上信,刘灵燕

(江西省麻类科学研究所,江西宜春336000)

苎麻(Boehmeria nivea var.nivea)是荨麻科苎麻属(Boehmeria Jacp)多年生宿根性草本植物。全世界约有苎麻属120种,其中亚洲地区分布有约75种。在我国由于地域辽阔,生态环境各异,经长期的自然选择,形成了丰富的苎麻种质资源,1995年出版的《中国植物志》第23卷第2分册记载有苎麻属植物约31种12变种,主要分布于西南和华南地区[1]。新石器时代长江中下游一些地方就已有种植,考古出土年代最早的是浙江钱山漾新石器时代遗址出土的苎麻布和细麻绳,距今已有4700余年。秦汉以前,苎麻已进入北方,故《诗经》中有“东门之池,可以沤苎”[2]。

1 苎麻属野生种资源多样性

1.1 苎麻属野生种生物学类型多样性

王文采院士根据苎麻属植物的植物学特征分类划分为腋球苎麻组、帚序苎麻组、苎麻组、序叶苎麻组和大叶苎麻组5个组31种12变种。种间植物学形态特征上表现在植株蔸型、茎杆类型、叶片形状、花果特征、抗病虫、草害、耐高(低)温、干旱或水涝的能力等特征,在苎麻属野生种资源中种与种间的生物学特征差异大,且种内也存一定的差异[3]。此外,苎麻属野生种的纤维素含量、纤维产量、纤维品质及利用价值等方面,种间和种内的差异也很大,表现出了极其丰富的生物学类型多样性。

1.2 苎麻属野生种生态类型多样性

苎麻属野生种的广泛分布形成了生态类型多样性。从近20余年来搜集野生苎麻的情况看,我国从北纬 18°24'~36°7',东经94°49'~121°31',即我国从西边的西藏林芝到东边的台湾花莲、新北市、南边从海南的三亚到北边的青岛和西北的陕西兰田都搜集到了苎麻属野生种。由于东西南北区域跨度大,导致不同经纬度、不同海拔高度地区间的气候差异、自然环境差异的生物种间以及种内群落生态类型的多样性。赖占钧等研究将苎麻属野生种分为湿生性野生种、湿中性野生种、半阴湿性野生种和旱生性野生种四大生态类型[4]。野生苎麻的分布纬度和海拔高度的差异最直观的变化主要是在温度和光照的体现。潘其辉进行苎麻属野生种光温特性研究发现:有短光照生育期缩短、长光照生育期延长,短光照生育期延长、长光照生育期缩短,长光照和短光照生育期都延长,长光照和短光照生育期都缩短的四种类型的野生种[5]。温度对苎麻野生种生长发育的影响有四种类型:长光照条件下形成花蕾不能开花的种要求较高的温度;适宜光照长度范围较大,形成花蕾后能开花结果,虽然光长使发育历期缩短或延长,但它的适宜发育温度比较宽;对光长十分敏感,生育期短,要求的发育温度较高;光照长短影响雌雄器官的形成,偏低的温度有利于雌性花器的形成,但温度偏低则抑制开花[5]。

1.3 苎麻属野生种遗传多样性

野生苎麻资源经过长期的自然选择和进化,具有很强的适应能力,在原始居群中存在丰富的个体多样性,而其中丰富的多样性基因源则是进行苎麻遗传改良的重要基因库。

1.3.1 染色体基数

苎麻属植物的染色体基数至今仍未知,苎麻组(2n=28)、序叶苎麻组(2n=28)、帚序苎麻组(2n=28)、大叶苎麻组(2n=28,42,56,70)有过报道[6]。臧巩固根据减数分裂行为和2n=42的种可育性推测苎麻属染色体基数为7,即麻为异源多倍体,并指出苎麻属最原始的腋球苎麻组内可能存在2n=14原始种。杨瑞芳发现具42条染色体的材料结实率较高,播种后得到了许多实生苗,结合苎麻只有两条随体染色体,认为苎麻染色体组为2n=4x=28,x=7,苎麻属中应该存在着一个2n等于14的原始种群,通过自然界杂交、选择,进化为现代异源四倍体[7]。廖亮研究了24个分类群的染色体数,除了大叶苎麻组的大叶苎麻B.longispica 2n=3x=42、密球苎麻B.densiglomerata 2n=5x=70、细野麻B.gracilis 2n=3x=42、赤麻B.silvestrii 2n=3x=42和小赤麻B.spicata 2n=4x=56等5个分类群为多倍体外,其他19个类群均为2n=2x=28[8]。

1.3.2 无融合生殖

臧巩固发现苎麻属的大叶苎麻、悬铃叶苎麻、赤麻具有无融合生殖能力。细胞学观察发现三种植物的体细胞染色体数目均为42条,子代植株的染色体数目与各自母株相等。1996年臧巩固进一步发现至少在5个种中存在着无融合生殖类型,这5个种分别是:大叶苎麻、赤麻、悬铃叶苎麻、海岛苎麻、细野麻。发现凡具有无融合生殖能力的材料均为多倍体,染色体数目分别是42和56;而同组内的有性生殖种均是2n=28的二倍体种[9]。

2 苎麻属野生种资源的搜集与保存

自然科技资源是一个国家的“家底”。占有自然科技资源的多少以及利用自然科技资源的能力,是衡量一个国家实力的标准。与人类生活与生存环境息息相关的种质资源早就被当作重要的战略物质,一场全球范围内的争夺战已然开始。这是一场科技水平的较量,是一个没有硝烟的战场,对国家和民族生死攸关。为摸清家底和对我国种质资源进行收集、保护,1956年9月至1957年1月,我国第一次进行大规模考察和收集种质资源的工作。1978年,中国农科院作物品种资源研究所成立,随即开展了全国野生稻、野生大豆和云南作物种质资源考察。1979年至1984年,又开展全国性作物种质资源补充征集。1986年,作物种质资源开始列入国家科技攻关项目,以神农架及三峡地区、大巴山、黔南桂西山区、三峡库区、赣南、粤北山区等地区为重点,在全国范围内(除台湾省外)陆续对野生大豆、野生稻、小麦族遗传资源、苎麻资源、饲用资源、棉属资源、油菜野生资源、桑品种资源、烟草资源及山楂、李、杏、野生猕猴桃等开展大规模资源考察和收集,目前,我国已收集到作物种质资源37万多份,国家种质库贮存的种质数量已达33万多份,长期保存的种质数量处于世界第一。

2.1 苎麻属野生种资源的搜集

国内在苎麻野生种资源搜集和保存方面做了大量的工作并开展诸多方面研究。中国农业科学院麻类研究所20世纪70年代中后期开展了对苎麻属野生种的收集。胡仲强、郑长清等在云南对麻类品种考察时收集到苎麻属野生种[10],张波、臧巩固等1984—1994年对苎麻属植物主要分布区广西、云南等10省(区)的部分山区进行了考察,共收集到苎麻属17种7变种157份材料,活体保存16种7变种123份[11]。进行了苎麻属种的组群分类及演化、无融合生殖、核型研究和RAPD分子标记等研究。舒金树、饶均四1987—1989年对神农架及三峡地区进行了苎麻属野生的搜集,明确了序叶苎麻、悬铃叶苎麻等6个种的分布状况[12]。1994年赖占钧承担国家自然科学基金项目,1995—1998年先后在我国长江流域及以南的川、渝、黔、滇、桂、粤、琼、陕、鄂、湘、赣、皖、浙、闽等14个省、市、区共搜集到荨麻科野生资源232份,其中苎麻属野生种资源130份,分16种6变种,保存8种4变种77份活体种蔸[3]。并进行了野生苎麻的植物学分类和生态学分类,绘制出中国野生苎麻地理分布图和海拔高度分布图,保存野生苎麻标本232份,编撰出版了《中国野生苎麻分类图谱》。2003年建立起10亩科研型、生态型、园林式的“野生苎麻种质资源圃”。保存野生种质资源185份,2005年,农业部农计函[2005]179号批复“野生苎麻种质资源保护与开发利用”立项国家农业基本建设项目,国家投资350万元,建成20亩高标准的野生苎麻种资源圃。同时,从2007—2011年每年分别到四川、西藏、云南、贵州、广西、江西等省的部分山区对苎麻属野生种资源进行种补充搜集,并将标本送中国科学院植物研究所王文采院士鉴定。现保存来自国内不同纬度、不同海拔高度、不同生态环境的苎麻属野生种29种(变种)365份。

2.2 苎麻属野生种分布状况

苎麻属野生种的分布可能与其生物学特性、生态学适应性密切相关,然而不同种的苎麻属野生资源的分布范围差异很大。国内苎麻属野生种43个种(变种)在江西省麻类研究所野生苎麻种质资源圃保存的资源有29个种(变种)。根据本所搜集到的苎麻属野生种资源材料的信息分析结果,从野生苎麻种分布的区域看,少数野生种分布范围广,多数野生种分布范围较小,如苎麻种野生资源在我国的滇、陕、黔、川、渝、湘、赣、浙、鄂、桂、皖、闽、香港和台湾14个省(市、区)均有分布,序叶苎麻种野生资源在云、黔、陕、川、渝、湘、赣、鄂、桂、闽等10个省(市、区)有分布,这两个种分布广且数量较多;腋球苎麻、微绿苎麻、帚序苎麻、滇黔苎麻、糙叶水苎麻、福州苎麻、柔毛苎麻、赤麻、密花苎麻仅有一个省(区)分布,还有黔桂苎麻、水苎麻、灰绿水苎麻、疏毛水苎麻、伏毛苎麻、小赤麻、束序苎麻、歧序苎麻和长叶苎麻分布省(区)只有两个(表1)。从苎麻属野生种资质源分布区域所承载的野生种数量看,云南省、广西区的野生苎麻种最多。云南省有苎麻属野生种16个种(变种)主要分布在思茅、普文、景洪、勐腊、勐海、勐伦、绿春、大理、宾川(鸡足山)。广西区有苎麻属野生种17个种(变种),主要要分布在融安、融水、南丹、巴马、龙州、靖西、百色、隆林、凌云、武鸣等县。其次是江西省有11个种主要要分布在庐山、婺源大鄣山、上饶三清山、井岗山、宜春明月山以及崇义、铜鼓、靖安、宜丰、万载等县。湖北、湖南省各7个种、贵州省6个种,福建省4个种,四川、重庆安徽各3个种,陕西、广东、台湾各2个种,山东、浙江、香港1个种。因此,认为苎麻属野生种的主要分布中心是广西、云南。

2.3 苎麻属野生种资源多样性保存状况

当前,随着人口数量的迅速增长,人类活动的频繁以及自然环境的剧烈变化,对生物资源产生了一定的影响,不少生物又面临着适者生存的选择与淘汰,对于部分繁殖能力和抗御逆境能力偏弱的野生植物(包括苎麻野生种质资源)将有可能大量减少或面临着消亡的危险。近年国家对生物资源的保护和利用十分重视,把保护生物物种资源(包括生物遗传资源)提高到维持人类生存、维护国家生态安全,实现可持续发展战略的高度。农业部将野生茶树、野生桑树、野生苎麻、野生柑橘资源等野生植物资源抢救性收集和异位保存列为重要内容。近期每年都列专项资助野生农作物种质资源的调查、抢救性收集、动态监测、鉴定评价和保护利用。

2.3.1 野生苎麻的异地保存

野生苎麻资源经过长期的自然选择和进化,各自在原始生态系统发育中有着稳定的适应性和生长发育特点。如高纬度与低纬度,高海拔与低海拔,山区与丘陵等表现出不同种适应能力不同和同种不同生态环境的适应性不同的特点。因此,来自不同生态环境的野生苎麻其喜光性、耐阴性,抗旱性、喜湿性,耐热性、耐冷性等都稳定地保留着各自的适应性特点,给异地保存带来困难。在异地保存工作中,不少野生种资源由于高海拔或高纬度的过大差异或生态环境过大差异而有的种难以在异地保存。

云南西双版纳地处北回归线以南,纬度低,属北热带湿润季风气候。全年有两次太阳直射,投射角度大,直射时间长,获得热量多。西双版纳的长叶苎麻在江西宜春不耐低温几乎难以长期保存。同样,海南岛属热带季风气候区域,以高温多雨为主要特征,年均气温22—27℃,琼海苎麻也因不耐寒而很难在宜春长期保存。多数来自山区阴湿环境的野生苎麻种由于夏季强光、高温的影响使得植株变矮,叶片变小,生长发育不良。还有来自不同纬度的野生种由于光长温差变化大而影响生殖器官的形成。在江西宜春腋球苎麻、束序苎麻不形成雌雄蕊(腋球苎麻在暖冬年见雌花蕾),帚序苎麻、歧序苎麻不开花结果,滇黔苎麻、糙叶水苎麻种子难以成熟。

2.3.2 野生苎麻的原生境保护护现状

我国苎麻属野生种资源有31个种12个变种,分布范围十分广泛,目前尚未实施原生境保护。近十几年来考察搜集结果表明,苎麻野生种资源在明显减少,部分频危,只有少数繁殖能力强的野生种在生态条件较好的地方有连续分布的成片群落。

人类活动加快了自然生态环境的恶化,加速了野生植物资源的消失。到处大面积山林的全面砍伐和垦复,致使部分野生种遭受灭顶之灾。不同种的野生苎麻有其特有的分布区域和生态适应性,当其生育阶段的外界环境持续性变化时就会因不适应而失去生存。笔者多年搜集野生苎麻资源发现,我国原有资料记载的苎麻属野生种还有十余个种的野生资源没有搜集到,多数种到资料记载的模式产地或资料记载地点寻找未能发现。如琼海苎麻(B.lohuiensis Chien)原产于海南省的琼海县石壁、龙江和乐东县尖峰岭自然保护区及五指山,但我们在2010年并未在这些地方找到。柄果苎麻(B.blinii var.W.T.Wang)、在广西隆林,长序苎麻(B.dolichostachya W.T.Wang)、长圆苎麻(B.oblongifolia W.T.Wang)在广西龙州,异叶苎麻(B.allophylla W.T.Wang)在广西凌云,越南苎麻(Ben.tonkinesis Gagnep)、光叶苎麻(B.leiophlla W.T.Wang)在云南绿春,细序苎麻(B.hamiltoniana Wedd)、光枝苎麻(B.marabarica wedd.)在云南西双版纳,这些种2008—2011年间未能在上述区域找到。云南西双版纳州勐伦镇巴卡寨基若族部落山区十五年前可见大叶苎麻、长叶苎麻、歧序苎麻、腋球苎麻、序叶苎麻等十余个野生种,现在山中林木已砍伐,生态恶化已很难找到野生种了。只有那些繁殖能力强,原生境生态变化不大的环境下才有成片连续分布的野生苎麻种居群群落(表2)。

表2 野生苎麻成片群落分布Tab.2 Community distribution of wild ramie

3 加强苎麻属野生种资源保护对策

3.1 摸清“家底”加快野生苎麻种质资源的考察、收集和保存工作

为了更好地保存和利用自然界生物的多样性,丰富和充实育种工作和生物学研究的物质基础,目前迫切任务是广泛发掘和收集种质资源并很好地予以保存。

1、组织国内技术力量,全面开展苎麻属野生种资源的的考察搜集工作。利用国家麻类产业技术体系团队力量在全国范围内对苎麻属野生种资源进行全面考察搜集,统一规范技术,提出野生苎麻调查、搜集及数据采集的范围、内容和格式,以保证数据的客观性与可用性,力争在2—3年内搜集到所有苎麻野生种资源,摸清我国野生苎麻种基本情况,并在国内建立几个野生苎麻保护区,在不同区域建圃保存不同种类和类型的野生苎麻种资源,特别要加强对濒危野生种质资源的重点保存。

2、建立原生境保护区。保存种质资源的目的是维持样本的一定数量与保持各样本的生活力及原有的遗传变异性。野生苎麻种群落在比较原始的生态环境中,就地进行保存资源,建立自然保护区或天然公园等途径保护野生物种。如表2列举在各地分布的原生境野生苎麻群落所在地,选择有代表性的区域可以建议国家立项建立原生境保护区。

3、建立种质资源数据库。根据国家种质资源描述规范、种质资源数据标准、种质资源数据质量控制规范,建立标准的种质资源数据。进一步鉴定和评价野生苎麻种质资源。在性状评价方面着重对品质、生育特性、对病虫和生长逆境的抗性评价,开展分子标记鉴定,进行基因定位研究,揭示性状的基因控制及其遗传规律,为资源的有效利用提供依据,真正发挥优异资源的作用。

3.2 加强现有种质资源圃的建设与管理

我国在20世纪80年代开始对苎麻属野生资源的考察搜集,对已收集保存的野生资源进行了建圃保存。为了更好地对野生苎麻生物多样性进行保护和利用,建议国家应给予足够经费,保证现有种质库和种质圃各方面工作的正常运行。只要有稳定的资金支持,才能高质量保护野生资源的遗传多样性基因,进而为研究更高产、优质的苎麻品种奠定物质基础。

[1]王文采,(陈家瑞).中国植物志,第二十三卷第二分册[M].北京:科学出版社,1995.

[2]赖占钧.江西夏布[M].北京:科学技术文献出版社,2002.

[3]赖占钧,潘其辉,等.中国野生苎麻搜集、整理、研究报告[J].江西农业学报,1999,11(1):1.

[4]潘其辉.苎麻属野生种光反应类型研究[J].中国麻业,2004,26(3):105.

[5]潘其辉.温度对苎麻属野生动种生长发育的影响研究[J],江西农业学报,2005,17(3):27.

[6]臧巩固.苎麻属三组五种核型研究[J].中国麻作.1993(1):1.

[7]杨瑞芳,郭清泉.七份苎麻野生资源的核型及 GiemsaC—带带型研究[J].中国麻作.2000,22(2):6.

[8]廖亮.博士论文,江西农业大学2009.6.

[9]臧巩固,赵立宁.中国苎麻属无融种综发现初报[J].中国麻作.1996,18(1):1.

[10]胡仲强、郑长清,等.云南麻类品种资源考察[J].中国麻业,1983,1.34.

[11]张波,赵立宁,等.中国苎麻属植物野生种考察报告[J].中国麻作,1995,17(4):1.

[12]舒金树,饶均四.神农架及三峡地区苎麻属野生种考察与开发利用探讨[J].中国麻作,1990(2):1.

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