濒危植物天目铁木国内外研究现状综述
摘要：濒危物种由于栖息地丧失或人类活动的影响等原因，在种群当前状态和长期维持能力方面都会有所衰退.繁殖困难成为许多濒危物种种群自我更新过程中的主要问题之一，个体繁殖的成功与否对种群长期生存能力有重要影响。目前国内外对天目铁木种子休眠状况的研究较多，引起种子休眠的原因大致分为三个方面，分别是解剖结构，代谢和胚本身发育状况方面的。同时，关于种子休眠机理方面的研究有很多，主流的是激素调控学说、以及代谢物的调控学说。且由于由于天目铁木的自然更新能力差，因此，有研究以天目铁木嫩茎为外植体，应用植物组织培养方法，试验设计采用多因素交叉配比重复，旨在筛选获得天目铁木嫩茎直接诱导丛生芽和试管苗保存培养基，从而增加天目铁木个体的数量，同样的，还有研究以天目铁木嫩茎尖为外植体，应用均匀设计法筛选其基部愈伤组织诱导和愈伤组织再分化芽苗的最适合培养基。此外，还有研究对天目铁木开展以物种保护为目的的遗传学研究，,使用AFLP技术揭示了天目铁木天然种群的遗传多样性现状,评估了天目铁木人工种群是否存在遗传多样性下降问题。
关键词：休眠； 基因调控学说； AFLP；遗传多样性
目前对天目铁木种子休眠状况的研究较多。种子休眠是植物为了种子的生存，适应环境，在长期的生长发育过程中形成的生理生态特性。对植物本身来说是一种有益的生物学适应性，它有利于植物个体的生存和发展，但对濒危植物的繁殖来说产生的一定的困难。因此，研究种子的休眠原因及解除种子休眠的方法，是一项重要的任务。休眠也可分为环境休眠和生理休眠，环境休眠又称为强迫休眠[1]。引起种子休眠的原因很多，大致概括为三个方面，分别为解剖结构上的，代谢方面的和胚本身的发育状况方面的。同时，各种休眠的原因一般不是孤立的发生作用的，而是相互联系、相互影响，共同控制种子的休眠，从而使种子休眠问题的研究复杂化。
研究表明，种子的休眠程度与种皮的不透性或硬种皮有关。种皮的阻碍作用可能是由于种皮的物理或化学特性引起，可导致对水、气体或溶质的透性改变[2]。同时，内源抑制物质也会影响种子的休眠，目前对影响种子发芽的抑制物质的研究主要脱落酸（ABA）和酚类这两类，其中脱落酸（ABA）是植物体内分泌的一种植物激素，对种子萌发具有强烈的抑制作用。研究认为，种子中的内源抑制物质多种多样，除脱落酸（ABA）、酚类外，还有有机酸、醛类、生物碱等。不同抑制物质有不同的抑制物方式，抑制物质的抑制方式指的是抑制物质在种子萌发过程中的不同阶段会产生不同的抑制作用，可分为：阻碍种子吸水、抑制呼吸作用、抑制酶活性、改变渗透压、阻碍胚的生长[3]。此外，胚的发育状况不同，种子的休眠状态也会相应的改变。天目铁木的种子的胚发育完全，具有休眠性[4]。根据休眠因素所在种子中的解剖位置可分为外源休眠(种壳休眠)、内源休眠(胚休眠)以及二者的各种组合[5]。有些植物的果实已经成熟，自然脱落，但种胚尚未发育完全，需要经过一段时间的成长，种胚才能发育完全，这种休眠称为形态休眠或未成熟胚的休眠，因此播种后在短期内无法萌发[6]。
此外，关于休眠机理的研究也有很多，比如激素调控学说：该学说认为，抑制物质可抵消促进细胞分裂和生长发育的物质——激素的作用，而且还认为导致种子休眠不仅是由于抑制物质的存在，也可能是由于缺乏赤霉素（GA）和细胞分裂素（CTK），其中赤霉素为主要的调节因子，只有当脱落酸（ABA）存在时，细胞分裂素的存在才是必需的[7]。在种子休眠机理的研究中，除赤霉素和脱落酸外，对其它激素在种子休眠中的作用也有研究。一般认为生长素（IAA）在调节种子休眠方面没有作用，而细胞分裂素能打破种子休眠。还有代谢物对种子休眠调控的研究：该研究认为种子休眠的解除和呼吸代谢途径有关，呼吸代谢途径包括糖酵解（EMP）途径和三羧酸循环（TCA）途径。除有以上两种途径外，还有磷酸戊糖途径（PPP），磷酸戊糖途径（PPP）可以产生 DNA、RNA 的前体物质，这些物质是种子发芽所必须的。
由于天目铁木的自然更新能力差，因此，有研究以天目铁木嫩茎为外植体，应用植物组织培养方法，试验设计采用多因素交叉配比重复，旨在筛选获得天目铁木嫩茎直接诱导丛生芽和试管苗保存培养基，从而增加天目铁木个体的数量。研究通过设置多段浓度，最终得出最佳的天目铁木嫩茎直接分化芽苗培养基为: 1 /4 DＲ NAA 0.03 mg /L TDZ 3.80 mg /L KT 1.50 mg /L。质量浓度高于3.80 mg /L 的 TDZ 可使嫩茎基部产生大量愈伤组织，愈伤组织不分化芽苗，当低于 3.20 mg /L 时，嫩茎基部芽苗分化率均在 63.0% 以下。说明天目铁木嫩茎基部直接再生芽苗需要适宜浓度的 TDZ，而 TDZ 高于 3.80 mg /L 时，分化的芽苗较少，起抑制作用。当NAA 低于 0.03 mg /L 质量浓度时，分化的芽苗细弱且生长较缓慢，这可能是细胞分裂素 TDZ 和生长素NAA 配比失调，导致细胞分裂素TDZ 占主导地位而趋于分化且芽苗生长缓慢的原因。当 NAA 超过0． 08mg /L 时嫩茎部产生大量愈伤组织，芽苗分化率降低，嫩茎基部细胞趋于愈伤组织形成，可能是过高的生长素 NAA 占主导地位的原因。在培养基中附加适宜浓度的 KT 可提高嫩茎直接分化芽苗的速度，芽苗形态好、长势强且健壮。[8]
同样的，还有研究以天目铁木嫩茎尖为外植体，应用均匀设计法筛选其基部愈伤组织诱导和愈伤组织再分化芽苗的最适合培养基．结果表明，最适合的嫩茎尖基部愈伤组织诱导培养基为 1 /2 DR TDZ2.30 mg /L 2，4-D 0.55 mg /L诱导率为93.5%；愈伤组织芽苗再分化培养基为1 /2 DR＋TDZ3.30mg /L KT0.70mg /L，分化率达99.8%以上。同时通过通过对愈伤组织再分化的芽苗形态和染色体数目测定，结果证明了再分化的芽苗与野生植株染色体数目相同（2n=16）．本研究实验观察到的愈伤组织再分化的天目铁木芽苗染色体数目与文献报道的野生植株染色体数目是一致的，说明经过本方法诱导产生的芽苗种质没有改变。[9]
虽然通过种子萌发获得新个体的技术已经成熟,人工种群使得天目铁木在个体数量上得到增长,但是迄今为止还没有对天目铁木开展过任何以物种保护为目的的遗传学研究。由于遗传多样性对物种有重要意义,缺乏这方面的信息对天目铁木进行的工作在保护策略和保护效果评估问题上缺乏相应指导。在本研究中,使用AFLP技术揭示了天目铁木天然种群的遗传多样性现状,评估了天目铁木人工种群是否存在遗传多样性下降问题。另外通过亲本分析,评估各个天然个体将基因传递给子代的机会是否均等。汇总各项遗传多样性指标,多态位点百分比在自然种群中为29.9%,在人工种群中为41.18%。有效等位基本数在天然和人工种群中分别为1.242和1.208。平均每个个体的无信号位点数在天然种群中为23个,人工种群中为43.8个。Bayesian方法计算的期望杂合度在天然种群中为0.381,在人工种群中为0.184,2者差异显著。此外,根据Bayesian方法计算得到的杂合度推算的有效种群大小仅为1。遗传多样性分析结果显示,天然种群遗传多样性很低,估计是物种自身特点和人为的栖息地破坏共同导致的结果。根据天目铁木生活史各阶段对环境的要求,可以推测濒危前,该物种可能以分散的小种群存在,其遗传多样性受到分布模式的影响。人为破坏发生之后,由于仅有1个种群的部分个体幸存,遗传多样性大量丢失。在人工种群中更高的无信号位点数显示,纯合隐性基因型比例增加明显,相应地,杂合度也下降明显。推测其原因可能为天然种群中的亲本双方遗传差异过低,造成了类似近交引起的纯合基因型比例上升。因为纯合基因型比例上升,天然个体和人工个体之间共同拥有的条带数目减少,最终天然个体和人工个体之间在遗传上相似性下降。基于Jaccard相似性系数的在聚类分析表明,天然个体和人工个体基本上各自聚为一个分支。亲本分析的结果显示,所有天然个体都拥有一定数量的后代。但是不同亲本组合的后代数量差别很大,从仅有1个到30多个不等。根据亲本间的Jaccard相似性,排除了种子采集当年不同个体结实情况的影响后,发现可能存在亲本对之间的遗传相似性高,子代数量少的模式。
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