浙江省极小种群植物日本荚蒾研究进展

邱智敏，李贺鹏，陈楠楠，王 珺，房瑶瑶，岳春雷，朱 弘*

（1. 台州市林业技术推广总站，浙江台州 318000；2. 浙江省林业科学研究院，浙江杭州 310023；3. 浙江省湿地研究中心，浙江 杭州 310023）

日本荚蒾〔Viburnum japonicum（Thunb.）Spren⁃gel〕，亦称海岛荚蒾，为五福花科（Adoxaceae）〔原忍冬科（Caprifoliaceae）〕荚蒾属（Viburnum）常绿灌木或亚乔木。由于其自然分布区狭窄和野外种群分散且数量稀少，且受到人类活动的频繁干扰，日本荚蒾种群面临生境地丧失、种间竞争弱与天然更新慢的局面，现已列入《浙江省重点保护野生植物名录》（第一批）和浙江省极小种群保护物种。尽管自1825年由德国植物学家Anton Sprengel 命名以来，至今已有196 年历史，然而相较其他植物，有关日本荚蒾研究进展十分缓慢。在实地调查基础上，结合国内外报道及研究进展，从该物种的地理分布与资源概况、分子系统发育与遗传多样性、植物化学成分与潜在功效、抗性生理、繁育技术的多个方面进行系统概述，旨在提高人们对该物种的认识，为其今后的科学研究、资源保护及开发利用提供基础资料。

1 地理分布与资源概况

依据全球生物多样性信息网络（Global biodiver⁃sity information facility，GBIF，https：//www.gbif.org/）的在线查阅，日本荚蒾主产于西太平洋海岛，最集中出现在日本琉球群岛、九州岛和本州岛的关东地区。而在中国大陆其野生种群自北向南仅零星分布于浙江舟山东极列岛（东福山岛）［1］、台州临海东矶列岛（头门岛、田岙岛和雀儿岙岛）及台州椒江台州列岛（上大陈岛）［2］。同时，在我国台湾北部海岸亦有少量分布。此外，2003 年又在韩国西南海域的全罗南道可居岛（Gageo-doIsland）发现并作为韩国新记录种予以报道［3］。总之，从植物区系上说，日本荚蒾是典型的中国-日本间断分布种，针对该种的研究有助于探讨华东植物区系与日本、朝鲜半岛的亲缘关系及东亚海岛植物的起源、演化等科学问题。

实地调查表明，日本荚蒾野生种群大多生长在海岛山坡、杂木林下及乱石堆中（图1）。但不同种群间在生境状况、个体数量、群落特征等方面存在较大差异，其中以上大陈岛和田岙岛为种群数量保存最多，且后者先后开展了两次回归引种；头门岛现有种群均引种自田岙岛，东福山岛种群纬度分布最高且个体数量最少（表1）。

表1 日本荚蒾在浙江省的地理分布及种群现状Table1 Geographic distribution and population status of V. japonicum in Zhejiang Provience

图1 日本荚蒾的野生生境及物候学观测Fig. 1 Wild habitat and phenological observation of V. japonicum

2 分子系统发育与群体遗传多样性

当前，应用DNA 条形码技术已经成为进化生物学领域的基本研究手段。为明确日本荚蒾的系统发育关系与分类地位，应梦豪等［4］利用双亲遗传的核糖体DNA内转录间隔区（Internal transcribed spac⁃ers，ITS）核基因片段，与属内的其它17 种植物开展序列比对，结果表明宜昌荚蒾（V. erosum）与其的遗传距离最小（0.015）。而基于ITS 与3 个叶绿体片段（rbcL、matk 和psbA-trnH）的联合序列分析显示，日本荚蒾分别与荚蒾（V. dilatatum）、宜昌荚蒾和浙皖荚蒾（V. wrightii）共同构成一个高支持度的荚蒾复合体（complex）分支，但分支内种间的亲缘关系不甚清楚［5］。随着高通量测序与生物信息学的迅速发展，获得和比较完整的叶绿体全基因组序列近年来开始崭露头角。为澄清荚蒾属的系统发育位置和分类地位，韩国学者先后多次对日本荚蒾及其近缘种的叶绿体全基因组进行测序分析。例如最初的报道［6］显示日本荚蒾首先与烟管荚蒾（V.utile）并连同其它4 种植物在五福花科内聚为一支，这与DNA条形码结论并不一致，可能与取样不足有关。随后在增加取样基础上的两次聚类结果均支持日本荚蒾与宜昌荚蒾的关系最近，并暗示两者或从最近祖先分化不久［7-8］。

为探明日本荚蒾的遗传结构和多样性水平，蒋明等［9］对其8 个居群共125 份样品进行了简单序列重复区间扩增多态性（Inter-simple sequence repeat，ISSR）分析，结果显示，日本荚蒾在物种水平上的遗传多样性水平较高（多态性位点百分率PPB=96.67%，基因多样性指数H=0.3581和香浓信息指数I=0.227 3），而在居群水平上的遗传变异较低（遗传分化系数Gst=52.71%），推测岛屿之间的地理隔离导致的基因流受限可能是其居群间遗传分化较高的主要原因。

3 植物化学成分与潜在功效

早在20 世纪70 年代，就有日本学者Ohigashi和Koshimizu［10］首次从日本荚蒾叶片中提取出烯丙基苯酚（佳味酚），其有效活性和相关化合物被证明是一种黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）成虫与幼虫的天然生长抑制剂。 随后Iwagawa 和Hase 两位学者［11］又成功分离出一种新型及两种已知的环烯醚萜苷化合物，从而明确了日本荚蒾叶片苦味成分的来源。为应对社会人口老龄化带来的阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）发病率日趋增高问题，从天然植物中寻找有效药用成分已经成为当今医药研究的热点方向之一。其中，乙酰胆碱酯酶（Acetylcholinesterase，AchE）的缺失被认为是导致AD 症的关键原因，我国学者杨慧霞等［12］在前期发现日本荚蒾叶片和果实中含有大量AchE 抑制物的基础上，利用成熟叶片测定了该类提取物对AchE 的抑制率，并对其提取工艺进行了优化，从而为今后治疗老年痴呆症的高效药物开发奠定基础。

4 生理生化

4.1 干旱胁迫

为探讨日本荚蒾对干旱胁迫的适应能力和对策，李瑞娇等以2 年生实生苗为研究对象系统开展盆栽控水梯度实验，综合生物量和生理生化指标［13］以及光合-荧光特征参数［14］的实验结果均表明在轻中度干旱条件下，日本荚蒾幼苗表现出一定的抗逆性与适应性，但随着土壤水分含量的降低，幼苗受胁迫程度也逐渐增加，长期重度干旱下（含水率＜6.38%）可致其死亡。作者由此推测海岛干燥的生境是致使该种群更新扩散困难的重要原因之一，并建议进行迁地保护和栽培过程中需注意及时补充土壤水分，以保证植物正常生长。

4.2 光照强度

为明确日本荚蒾生长对光照强度的适应能力，夏云飞［15］等通过设置4 个光强梯度，对日本荚蒾3年生幼苗的生长和生理生化指标进行综合分析。结果表明，日本荚蒾全光照下受到严重的光抑制，而遮阴条件下正常生长，其中在85%的遮阴条件下仍有一定的耐阴性，在60%遮阴条件为最适。可见日本荚蒾在幼苗阶段具有一定的耐阴性，这与其野外生境的实际调查结果是一致的。

5 繁育技术

5.1 扦插育苗

扦插繁殖是获取植物无性系材料最重要的方式之一。陈献志等［16］应用叶绿素荧光技术为日本荚蒾在不同温度和生根剂吲哚乙酸（Indoleacetic ac⁃id，IAA）处理浓度的扦插条件无损筛选提供了新方法。结果表明扦插苗在恒温培养温度为20℃，IAA浓度为0.1%处理条件下，测定得到的光合电子传递速率（Electron transport rate，ETR）、光化学淬灭系数（Photochemical quenching，qP）与非光化学猝灭系数（Non-photochemical quenching，NPQ）均显著高于其它处理组，显示出较好的光合生理功能，这也与海边昼夜温差相对较小、海岛植物生长在相对恒温环境的习性相符合。

5.2 播种育苗

由于荚蒾属植物普遍存在生理后熟和形态后熟等复杂休眠机制［17］，陈献志等［18］又研究了不同采收期和贮藏方式对日本荚蒾种子出苗率的影响。结果表明日本荚蒾最佳采摘期为12月中旬，出苗率达78.67%；在室内沙藏40 cm 时，其种子出苗率最高（52%）。上述结果与日本荚蒾生长地昼夜温差小、湿度高的海岛生境是相适应的。

6 致濒原因及展望

6.1 日本荚蒾致濒原因分析

极小种群植物的致濒原因往往是复杂多样的［19-20］。首先，重大地质历史事件造成的岛屿隔离和生境片段化是宏观尺度上限制其自然分布范围狭窄和种群数量稀少的历史成因。由于地质运动、冰川覆盖等造成的地理隔离限制了日本荚蒾基因流的长距离扩散，使得种群经历瓶颈效应，物种遗传多样性显著降低。其次，日本荚蒾自身生物学特性与生存能力下降造成的种群自我更新困难可能是其最主要内部原因。日本荚蒾为中性偏阳树种，性喜温暖湿润的海洋性气候，且种子存在后熟机制。野外群落调查显示，虽然日本荚蒾的母株结实率与种子的出苗率实际并不低，然而出苗后即面临林下较高的郁闭度、瘠薄干燥的土壤以及激烈的种间竞争（主要为柃木）、病虫害等不利因素，导致幼树大量死亡，随着演替的进行，种群逐渐衰退。最后，人为干扰下的栖息地丧失和生境异质性的问题正在日益凸显。岛上村民农业开垦和伐薪烧炭导致资源的破坏。近年来随着经济的快速发展，许多岛屿被开发成旅游景区（如上大陈岛等），岛上基础设施的兴建（如道路、水库、风力发电机、太阳能发电设备等）也侵占和破坏了许多日本荚蒾原有的生境。

6.2 日本荚蒾资源的科学研究、保护与开发利用

尽管科研工作者已经在资源分布、亲缘关系、药用功效、群体遗传、生理生态、引种扩繁方面对日本荚蒾开展了一定工作，但在种群生态学（如种群结构、分布格局和种间竞争）、繁殖生物学（如繁育系统、传粉生物学和自然杂交）、保育遗传学和岛屿生物地理学等领域的研究尚未系统开展。仅以保育遗传学为例，未来工作可基于荚蒾属基因组数据筛选出特异性的DNA 条形码，构建单倍型系统演化关系，结合重大历史事件及人类活动干扰历史，明确其遗传变异的时空格局和濒危驱动因素，从而为保育政策的制定提供理论指导。

从极小种群保育学角度看［21］，保护日本荚蒾，应优先采取就地保护措施。针对野生日本荚蒾集中分布点，特别是田岙岛与上大陈岛，应划分和建立特定的自然保护小区，动态监测其所在群落生境特征及种群生存现状，结合生理生态特点研发和配套就地保护的小生境调控技术，如林下抚育措施、土壤保水增肥等。在此基础上，在邻近岛屿与沿海内陆地区进行适度的近地保护与迁地保护实验，开展拟迁地生境的适宜性评价，确定迁地保护地点与范围；同时继续加强繁育技术与引种驯化研究，为扩充种群数量和生境修复奠定种苗基础，实现野外回归引种的最终目标，使日本荚蒾得到长期有效的保护。

日本荚蒾是我国野生荚蒾属中为数不多的常绿种，具有特别的观赏和应用价值，其植株终年枝繁叶茂、花开烂漫、果实艳丽，因而特别适宜作庭院绿化与园林绿化观赏。同时，因兼具优良的抗旱、抗盐碱性等生理特性，亦可作为沿海丘陵水土保持林、防风固沙林及生物防火林带中下层混交造林树种，极具开发应用价值。