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第573期:能结“秤锤”的中国特色植物——秤锤树

2021-11-17 |来源: 科普开放中心 张莉俊| 【  

  编者按:从深海到高山、从沙漠到雨林,地球的每一处都有植物的印记。岁月流变、气候变迁、地质运动、生境更迭,植物历久弥新、在不断演化中保持着多样化的世界。中科院之声与中国科学院武汉植物园联合开设“花花万物”,在这里,我们关注植物的生存、竞争、繁衍、死亡,展示自然界的奇特多姿,解读生物的万千气象,探索神奇的生命秘境,致敬这无声无息又蓬勃多姿的世界。 

  释名       

  秤锤树,也叫秤砣树,这个名字听起来就具有一股浓浓的中国风味道,当你看到它那洁白无瑕的花朵,这种印象又大大地加深了。白色的花儿不大,数量却很多,一个个娇羞得低下了头,半遮半掩着花蕊,仿佛即将出阁的穿着白纱的新娘。然而柔弱娇媚的新娘孕育的孩子却一点都不柔弱,秤锤树的果实除了形状特别像中国古代称重用的秤锤之外,还有着坚韧的褐色外皮,远远望去,像一个个穿着铠甲准备战斗的战士。 

秤锤树的花

秤锤树果实

  在没有发明电子称之前,杆秤是人们日常称重最常用的工具,秤锤是杆秤的组成部分,不同大小的秤锤可以称量不同范围的重量,因此秤锤也有大小之分。秤锤树的果实比一般的秤锤小多了,也轻多了,但是外形就像一个倒挂着的秤锤,因此而得名。此外,秤锤树的果实还像小孩子玩的陀螺,总之,奇特的果实给这种植物增添了几多乐趣。 

秤锤树的果实

杆秤与秤锤(图片来自网络)

  陀螺(图片来自网络)

  秤锤树属——中国人发表的新属          

  秤锤树的中国特色还在于它所在的秤锤树属是由中国人发表的新属。中国植物学家秦仁昌先生在南京幕府山采集了秤锤树属的模式标本,后由另一位植物学家胡先骕先生鉴定发表为新种,因为当时这个种不属于任何一个属,所以它也是一个新属。在这之前,大多数植物都是由国外的植物猎人发现并命名的,而秤锤树的发现标志着中国人自己探索自己家园植物的开始,具有着划时代的重要意义。 

秦仁昌1929年在南京留影(图片来自网络)

中国近代植物分类学的奠基人——胡先骕(图片来自网络)

  秤锤树被列为国家Ⅱ级重点保护野生植物         

  秤锤树虽然是中国土生土长的特色植物,但是它被列为国家二级重点保护的濒危物种,那么是什么原因让这种植物处于濒危的状态呢? 

  原生环境遭到破坏 

  模式种秤锤树曾在南京幕府山二台洞、江浦老山和句容宝华山有广泛的分布,在南京燕子矶也曾发现有其野生种群的分布。但是,由于自然环境的恶化,加上采石开矿等人为破坏,目前在南京市己很难找到大面积的野生秤锤树种群分布。 

  特殊的种子结构 

  秤锤树成熟的果实呈棕褐色,剖开果实可以看到三层果皮,分别是薄而木质化的外果皮,厚而木栓质化的中果皮,坚硬、致密、木质化的内果皮。种子位于内果皮内,大多数果实内部只有1粒种子,少数果实还有2粒或3粒。 

秤锤树果实的基本结构

  大家普遍认为秤锤树发芽率低是因为坚硬的果皮,但是科学家们研究发现秤锤树属种子发芽困难的原因不是来自果皮的阻力,可能由于胚的发育不完全或受某种物质的抑制,导致其种子深休眠,需要长时间的发育或解除抑制的过程,而果皮是一种保护物质,在一定条件下,可以保证这一漫长过程的顺利完成。一般需要在土壤中沉积两年才能发芽,而且种子萌芽率很低,因而实生繁殖效率很低,野外居群更新困难,这是秤锤树走向濒危的原因之一。 

  细胞学原因 

  科学家研究发现秤锤树减数分裂过程中有染色体异常现象出现,导致秤锤树的小孢子在发生和发育过程中较高频率的败育现象,这一现象也可能直接造成秤锤树种子最终发育不完全、深度休眠及发芽率低等问题。 

  遗传多样性低 

  调查结果显示秤锤树为间断分布,地理分布区相对狭窄,大多局限分布于1个或少数几个地区,属狭域分布种;种内各居群之间相互隔离,居群内个体数偏少,因此秤锤树植物很可能会因为遗传基础狭小、居群基因流阻断而导致居群的遗传均质性和近交衰退,最终使居群内个体的适合度下降而导致灭绝。 

  秤锤树的保护与研究    

  幸运的是,秤锤树及时被列入中国珍稀濒危物种的行列,受到了重视。首先开展就地保护,要保护秤锤树现存的栖息地,禁止砍伐。尽管就地保护是濒危物种优先考虑的保护措施,但是由于秤锤树栖息地丧失和破坏不可能在短时间内消除,因此必须采取迁地保护措施。我国一些植物园,如南京中山植物园、中科院武汉植物园、杭州植物园和上海植物园等及南京林业大学、武汉大学等高校对多个秤锤树种进行了引种保护,还能很好地生长并繁殖。 

  在秤锤树的繁殖方面,由于种子萌发困难,扦插和组织培养快繁成为秤锤树属快速繁殖的有效途径,也为其推广应用奠定了基础,从而促进该濒危树种的利用。 

  系统发育学在濒危植物保护上的作用日趋增大,可以帮助确定有意义的优先保护单元以及制定能保护生物多样性和进化潜力的详尽计划。科学家们对秤锤树属植物进行了系统发育学方面的研究,为秤锤树树植物的保护制定相应的对策提供了很好的理论依据。目前只有长果秤锤树和秤锤树被自然保护国际联盟鉴定为受协物种,但是秤锤树属内其他种同样处于濒危状态却没有引起足够的重视。 

(图片来源:参考文献5

  科学家对秤锤树在迁地保护居群的遗传多样性进行了评价,结果表明秤锤树迁地居群保持了较高的遗传变异,但是每个居群都出现了显著的杂合子过量现象,这预示秤锤树各迁地居群可能来自有限的几个个体,为了适应迁地居群环境,选择了过多的杂合子,因此很多纯合的基因可能丢失了,因此迁地保护中同样存在遗传多样性丧失的风险。另外,传粉生物学和杂交试验的初步结果表明,秤锤树可以和起近缘种狭果秤锤树杂交且产生有活力的种子,这说明濒危植物在迁地保护中必须防范杂交风险。 

  认识秤锤树属家族成员    

  秤锤树在秤锤树属内还有很多亲戚,他们的秤锤形态都有所不同,有的圆一些、有的长一些、有的还有长长的尾巴,果实形状的异同成为了他们分类的标准。 

  该属共有7个种,除秤锤树外,还有狭果秤锤树、棱果秤锤树、长果秤锤树、肉果秤锤树、怀化秤锤树、黄梅秤锤树,我们一起来认识一下他们吧。 

狭果秤锤树(图片来源:中国植物图像库)

长果秤锤树(图片来源:中国植物图像库)

肉果秤锤树(图片来源:中国植物图像库)

细果秤锤树(图片来源:中国植物图像库)

棱果秤锤树(图片来自网络)

怀化秤锤树(图片来源:中国植物图像库)

黄梅秤锤树(图片来源:中国植物图像库)

  参考文献: 

  1. 刘召华.秤锤树属( Sinojackia Hu) 植物研究进展[J].江苏农业科学,201745(13) : 1115 

  2. 董鹏,彭智奇,朱弘,朱淑霞,董京京,翟飞飞,钟育谦,郑爱春,王贤荣, 伊贤贵.南京老山秤锤树空间分布格局及种间关联性.广西植物. https://kns.cnki.net/kcms/detail/45.1134.Q.20201205.1842.002.html 

  3. 江全, 郑旭, 张康, . 秤锤树的种实基本性状与种子休眠机理研究 [J]. 西南林业大学学报(自然科学), 2021, 41(2): 145150 

  4. 姚小洪,叶其刚,康明,等.秤锤树属与长果安息香属植物的地理分布及其濒危现状[J].生物多样性,200513(4): 339346 

  5. 姚小洪. 秤锤树属与长果安息香属植物的保育遗传学研究[C]. 武汉: 中国科学院武汉植物园,2005 

 
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