一种资源冷杉人工授粉促进野外种群幼苗更新的方法与流程

本发明属于濒危植物保护方法
技术领域：
，具体为一种资源冷杉人工授粉促进野外种群幼苗更新的方法。
背景技术：
：幼苗更新是植物从种子生产到幼苗萌发和定居的过程，幼苗更新为植物种群补充新生个体，使种群得以增长或维持稳定。此外，因为幼苗更新是有性繁殖过程，生产的子代个体能产生一定的遗传变异，可以促进物种不断进化以适应环境变化。因此，幼苗更新是维系物种生存十分重要的基础。如果幼苗更新出现障碍，则种群没有新生个体的补充，一方面，随着种群内个体相继死亡，种群的个体数量逐步减少，另一方面，由于没有遗传变异个体的更替，种群的进化潜能停滞，适应环境变化的能力下降，导致种群持续衰退。对一种植物来说，如果幼苗更新障碍长期存在，该植物将陷入极度濒危状态，直至最终灭绝。影响野外幼苗更新的因素主要包括种源和环境条件，足够的种源是植物实现幼苗更新的必备条件。资源冷杉(abiesziyuanensis)是中国特有的濒危植物，被《中国植物红皮书》和《国家重点保护野生植物名录(第一批)》列为重点保护物种。该植物残存的种群十分稀少，仅在广西资源县银竹老山、湖南新宁县舜黄山、湖南炎陵县大院林场及江西井冈山等地有少量分布，植株数量不足600，处于高度濒危状况。资源冷杉自从1978年被发现以来，野外种群中尚未出现过幼苗，幼苗更新存在严重的障碍。目前，促进资源冷杉野外幼苗更新主要通过清除林木下层过于密集的灌木、草本和枯枝落叶层，使从母树落下的种子可以接触土壤，促进其萌发和定居，但这种方法一直未能促进资源冷杉野外种群出现幼苗萌发。本发明人长期研究发现，资源冷杉存在雌雄花期不遇的现象，导致开花后自然授粉严重不良，自然结实的种子高度败育，因此，仅靠自然授粉结实，将很难实现资源冷杉野外种群的幼苗更新。而人工授粉可以克服雌雄花期不遇以及降低花期不良天气的影响等，能大幅提高种子饱满度，为资源冷杉野外种群幼苗更新提供有效种源。到目前为止，还没有文献或者专利报道资源冷杉人工授粉促进野外幼苗自然更新的方法。技术实现要素：本发明针对资源冷杉自然结实的种子败育率过高，导致野外种群的幼苗更新长期中断的问题，公开一种人工授粉的方法，旨在得到一种方便和低成本，能有效提高其种子饱满度，促进资源冷杉野外种群幼苗更新的方法。为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种资源冷杉人工授粉促进野外种群幼苗更新的方法，包括以下操作：（1）花粉收集：当雄花序短枝上80-90%的雄球花由黄绿色转为黄色时，剪下雄花序短枝，插入装有清水的瓶子，将花枝上少部分还是绿色和黄绿色的雄球花全部摘除，然后把水瓶移到一张洁净的a4规格白纸上，让自然释放的黄色花粉洒落在白纸上，每6小时收集一次白纸上的花粉，连续收集2天；（2）花粉储存：将花粉装入棕色玻璃瓶，盖紧瓶盖，在4℃条件下储存；（3）搭建授粉操作台架：环绕资源冷杉授粉母树的树冠搭建授粉操作台架；（4）授粉：在收集花粉后第6∼10天，当雌球花原本紧闭的苞鳞开张时进行授粉；（5）套袋：对雌球花授粉后立即套上授粉袋，并扎紧授粉袋；（6）去袋：授粉10∼15天后将授粉袋摘除。步骤（1）中，收集白纸上花粉时，为避免花粉受到刮磨或碾压等损伤，先移开插花枝的水瓶，再抓住纸张两个对角稍微对折，然后轻柔拍打纸张背面，使花粉滑落到白纸的折缝里，之后将花粉轻柔倒入干燥洁净的棕色玻璃瓶。资源冷杉为雌雄异花植物，经过大量的观察和实验证明，雄球花只着生在树冠中部和下部的枝条上，由于树冠中部的雄球花得到的光照较为充足，其花粉质量比树冠下部得到光照较弱的雄球花的要高。为提高资源冷杉授粉率，获得最好的授粉效果，确定优选的雄花序短枝是树冠中部光照良好的枝条。资源冷杉雄球花为柱形穗状花序，一个雄球花包含约60∼200个花药，花药发育早期为绿色，发育中期转为黄绿色，发育后期转为黄色。经过大量的观察和实验证明，雄球花的颜色由黄绿色转成黄色时，花粉已发育成熟，此时花药即将开裂散粉。如果在雄球花转成黄色前剪下花枝，则收集的花粉尚未发育成熟，若等待雄球花全部转成黄色后才剪取，则部分花药已经散出花粉，花粉的得率大为减少，从多次实验总结得知，剪取雄球花短枝的最佳时间，是在短枝上90%左右的雄球花由黄绿色转成黄色的时候。步骤（2）中，为保证4℃条件下储存的花粉能保持较高的活力，采用以下两种方法中的一种或两种：1)将装有花粉的棕色玻璃瓶放入具有除湿功能的冰箱，在4℃条件下储存；2)将装有花粉的棕色玻璃瓶放入塑料封口袋，在封口袋内加入变色硅胶干燥剂50∼150克，封紧袋口后放入4℃条件下储存，当蓝色的变色硅胶颗粒吸水变为浅蓝色或粉红色时，及时更换新的变色硅胶。步骤（3）中，为对尽可能多的雌球花进行授粉，搭建授粉操作台架时，其高度以操作者站在台架上伸手可触及树冠上大多数雌球花为宜。资源冷杉的雌球花为短圆柱形花序，经过大量观察得知，雌球花直立着生在树冠近顶部至顶部的枝条上，由于资源冷杉成年树的高度一般在15米以上，需要搭建台架才能实施授粉。资源冷杉母树的大小对资源冷杉人工授粉的种子饱满度有重要影响，胸径大于30厘米的母树，授粉后可得到较高的种子饱满度，胸径在15厘米至30厘米的母树，授粉后种子饱满度明显下降，而胸径小于15厘米的母树，由于树木年龄小以及生长势弱等因素影响，授粉后种子饱满度非常低，因此优选胸径大于30厘米的母树进行授粉，围绕其树冠搭建授粉操作台架。步骤（4）中，授粉当天把步骤（2）中储存花粉的棕色玻璃瓶放入泡沫保鲜盒，保鲜盒内放入2个冰冻的生物冰袋保持低温，合紧盒盖后携带到授粉母树下，通过授粉操作台架攀升到树冠上部的雌球花枝条旁。具体授粉操作为：以左手中指、无名指和小指握住玻璃瓶，拇指和食指夹住雌球花着生的小枝条保持稳定，右手执洁净毛笔伸入玻璃瓶，使毛笔头沾上花粉，然后以毛笔头轻柔点击雌球花表面，把花粉粒点入雌球花上开张的苞鳞口，待开张的苞鳞口均被点入花粉后，授粉结束。授粉后，在授粉雌球花基部套上标签，标签上写明父本和母本以及授粉时间。经过大量的观察和实验证明，资源冷杉花期具有雄性先熟的特征，即在花粉成熟并释放时，雌花的胚珠尚未发育成熟，雌花没有进入可授期，此时不宜进行授粉。资源冷杉的雌球花为圆柱形花序，上面螺旋状着生80∼200个苞鳞，1片苞鳞内侧伴生有1片珠鳞，在珠鳞基部着生有2枚胚珠，在花粉成熟和释放后的第6∼10天，胚珠发育成熟，标志性的特征是原本紧闭的苞鳞开张出一个小口，此时雌花进入可授期，可进行人工授粉。因此，优选的授粉时间是收集花粉后的第6∼10天，当原本紧闭的苞鳞出现开张时。由于授粉期间正逢春雨时节，为保证授粉时雌球花不被雨水淋湿，以提高授粉成功率，在授粉前一日以硫酸纸小袋套住雌球花，避免雌球花被雨水淋湿，次日授粉时，先用雨具遮挡住雌球花上方雨水，之后摘去套在雌球花上的硫酸纸小袋，随后进行授粉，完成所有雌球花授粉后，才移开雨具。采用硫酸纸套袋的好处：硫酸纸纸质纯净、强度高、透明好、不透水、不变形，能有效保护雌球花不被雨水淋湿。步骤(6)中，授粉6个月后，资源冷杉球果由绿色转黄褐色，在经过人工授粉的球果中随机采集10个，分别剥下种子进行解剖查看有无种胚，统计人工授粉球果的种子饱满度。其余经过人工授粉的球果留在树上，任其自然脱落下种。至次年4月，查看人工授粉树周围地表冷杉幼苗生长情况，统计资源冷杉幼苗数量。本发明的有益效果是：(1)本发明针对资源冷杉自然授粉不良、种子败育率过高，导致野外种群的幼苗更新长期中断的问题，提供一种资源冷杉人工授粉的方法，操作简单、高效，授粉率和种子饱满度高，可有效促进资源冷杉野外种群恢复幼苗更新，为保护和持续利用资源冷杉种质资源提供技术支持。(2)本发明根据资源冷杉花期雄性先熟的特征，研究确定了一种适合资源冷杉人工授粉的方法，简单快捷，容易操作，能够使母树成功受精，授粉球果的种子饱满度很高，可获得大量具萌发活力的种子。该方法获得的有活力种子，除了能满足资源冷杉幼苗更新和科研工作需要，还可以为资源冷杉育苗造林，实现该植物资源的开发利用提供关键性的种源。(3)通过实验结果发现，资源冷杉授粉要选择胸径大于30厘米的健壮母树，授粉后可得到较高的种子饱满度，而胸径在15厘米至30厘米的母树，授粉后种子饱满度明显下降，当母树胸径小于15厘米时，授粉后种子饱满度非常低，因此本发明确定的授粉母树优株标准可应用于资源冷杉人工授粉育种。附图说明图1为资源冷杉雄球花形态。图2为资源冷杉花粉收集状态。图3为资源冷杉雌球花苞鳞开张形态。图4为资源冷杉雌球花授粉后套袋状况。具体实施方式下面结合实施例和附图对本
发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。实施例1一种资源冷杉人工授粉促进野外种群幼苗自然更新的方法，步骤如下：(1)花粉收集：以广西资源银竹老山国家级自然保护区的资源冷杉为花粉源和授粉对象。4月初资源冷杉的雄球花和雌球花快速膨大，如图1所示，在雄球花短枝上约90%的雄球花由黄绿色转成黄色当日的11:30-12:30，剪取着生长雄球花序的短枝，迅速带回自然保护区管理站，插入装有清水的瓶子，将短枝上少部分还是黄绿色的雄球花全部摘除，然后把水瓶移到一张洁净的a4规格白纸上。第2日花粉开始释放，自然释放的黄色花粉洒落在白纸上，每6小时收集一次洒落在白纸上的花粉，连续收集2天，如图2所示。（2）花粉储存：收集花粉时，为避免花粉受到刮磨或碾压等损伤，先移开插花枝的水瓶，再抓住纸张两个对角稍微对折，然后轻柔拍打纸张背面，使花粉滑落到白纸的折缝里，之后将花粉轻柔倒入干燥洁净的棕色玻璃瓶，盖紧瓶盖后放入具有抽湿功能的冰箱4℃储存。至第3日下午18：00左右花粉释放基本结束。（3）搭建授粉操作台架：在剪取雄球花短枝后的第3天，选择雌球花数量较多，且胸径为32厘米的资源冷杉为授粉母树，环绕其树冠搭建授粉台架，之后每天登上授粉台架观察雌球花发育动态。（4）剪取雄球花后第5天，雌球花上苞鳞出现准备开张的迹象，如图3所示，以硫酸纸小袋套住雌球花，如图4所示，避免雌球花被雨水淋湿。（5）剪取雄球花后第6天早上9:00观察雌球花，确认雌球花上苞鳞已经开张。然后把保存花粉的棕色玻璃瓶取出冰箱，快速移入泡沫保鲜盒并放2个冰冻的生物冰袋保持低温，合紧保鲜盒盖板后携带到拟授粉的资源冷杉母树下，攀升到授粉台架上后，先用雨具遮挡住雌球花上方，避免雨水洒落到雌球花上，之后摘去套在雌球花上的硫酸纸小袋，从保鲜盒取出装有花粉的棕色玻璃瓶，以左手中指、无名指和小指握住玻璃瓶，拇指和食指夹住雌球花着生的小枝条保持稳定，右手执洁净毛笔伸入玻璃瓶，使毛笔头沾上花粉，然后以毛笔头轻柔点击雌球花表面，把花粉粒点入雌球花上开张的苞鳞口，待开张的苞鳞口均被点入花粉后，以授粉袋从上往下套住雌球花，以避免阵风吹走或雨水冲刷掉雌球花上的花粉，扎紧授粉袋，挂上标签牌，在标签牌上写上授粉父本、母本和授粉日期，10天后摘除套在雌球花上的授粉袋。（6）当年10月下旬资源冷杉球果由绿色转黄褐色，于10月21日，在经过人工授粉的球果中随机采集10个，分别剥下种子进行解剖查看有无种胚，统计人工授粉球果的种子饱满度。其余经过人工授粉的球果留在树上，任其自然脱落下种。至次年4月，查看人工授粉树周围地表冷杉幼苗生长情况，统计资源冷杉幼苗数量。实施例2一种资源冷杉人工授粉促进野外种群幼苗自然更新的方法，操作步骤如下：（1）花粉收集：以广西资源银竹老山国家级自然保护区的资源冷杉为花粉源和授粉对象。4月初资源冷杉的雄球花和雌球花快速膨大，在雄球花短枝上约90%的雄球花由黄绿色转成黄色当日的11:30-12:30，剪取着生雄球花的短枝，迅速带回自然保护区管理站，插入装有清水的瓶子，将短枝上少部分还是黄绿色的雄球花全部摘除，然后把水瓶移到一张洁净的a4规格白纸上。第2日花粉开始释放，自然释放的黄色花粉洒落在白纸上，每6小时收集一次洒落在白纸上的花粉，连续收集2天。（2）花粉储存：收集花粉时，为避免花粉受到刮磨或碾压等损伤，先移开插花枝的水瓶，再抓住纸张两个对角稍微对折，然后轻柔拍打纸张背面，使花粉滑落到白纸的折缝里，之后将花粉轻柔倒入干燥洁净的棕色玻璃瓶，盖紧瓶盖后放入具有抽湿功能的冰箱4℃储存。至第3日下午18：00左右花粉释放基本结束。（3）搭建授粉操作台架：在剪取雄球花短枝后的第4天，选择雌球花数量较多，且胸径为35厘米的资源冷杉为授粉母树，环绕其树冠搭建授粉台架，之后每天登上授粉台架观察雌球花发育动态。（4）剪取雄球花后第7天，雌球花上苞鳞出现准备开张的迹象，以硫酸纸小袋套住雌球花，避免雌球花被雨水淋湿。（5）剪取雄球花后第8天早上9:00观察雌球花，确认雌球花上苞鳞已经开张。然后把保存花粉的棕色玻璃瓶取出冰箱，快速移入泡沫保鲜盒并放2个冰冻的生物冰袋保持低温，合紧保鲜盒盖板后携带到拟授粉的资源冷杉母树下，攀升到授粉台架上后，先用雨具遮挡住雌球花上方，避免雨水洒落到雌球花上，之后摘去套在雌球花上的硫酸纸小袋，从保鲜盒取出装有花粉的棕色玻璃瓶，以左手中指、无名指和小指握住玻璃瓶，拇指和食指夹住雌球花着生的小枝条保持稳定，右手执洁净毛笔伸入玻璃瓶，使毛笔头沾上花粉，然后以毛笔头轻柔点击雌球花表面，把花粉粒点入雌球花上开张的苞鳞口，待开张的苞鳞口均被点入花粉后，以授粉袋从上往下套住雌球花，以避免阵风吹走或雨水冲刷掉雌球花上的花粉，扎紧授粉袋，挂上标签牌，在标签牌上写上授粉父本、母本和授粉日期，13天后摘除套在雌球花上的授粉袋。（6）当年10月下旬资源冷杉球果由绿色转黄褐色，于10月22日，在经过人工授粉的球果中随机采集10个，分别剥下种子进行解剖查看有无种胚，统计人工授粉球果的种子饱满度。其余经过人工授粉的球果留在树上，任其自然脱落下种。至次年4月，查看人工授粉树周围地表冷杉幼苗生长情况，统计资源冷杉幼苗数量。实施例3一种资源冷杉人工授粉促进野外种群幼苗自然更新的方法，操作步骤如下：（1）花粉收集：以广西资源银竹老山国家级自然保护区的资源冷杉为花粉源和授粉对象。4月初资源冷杉的雄球花和雌球花快速膨大，在雄球花短枝上约90%的雄球花由黄绿色转成黄色当日的11:30-12:30，剪取着生雄球花的短枝，迅速带回自然保护区管理站，插入装有清水的瓶子，将短枝上少部分还是黄绿色的雄球花全部摘除，然后把水瓶移到一张洁净的a4规格白纸上。第2日花粉开始释放，自然释放的黄色花粉洒落在白纸上，每6小时收集一次洒落在白纸上的花粉。（2）花粉储存：收集花粉时，为避免花粉受到刮磨或碾压等损伤，先移开插花枝的水瓶，再抓住纸张两个对角稍微对折，然后轻柔拍打纸张背面，使花粉滑落到白纸的折缝里，之后将花粉轻柔倒入干燥洁净的棕色玻璃瓶，盖紧瓶盖后放入具有抽湿功能的冰箱4℃储存。至第3日下午18：00左右花粉释放基本结束。（3）搭建授粉操作台架：在剪取雄球花短枝后的第5天，选择雌球花数量较多，且胸径为31厘米的资源冷杉为授粉母树，环绕其树冠搭建授粉台架，之后每天登上授粉台架观察雌球花发育动态。（4）剪取雄球花后第8天，雌球花上苞鳞出现准备开张的迹象，以硫酸纸小袋套住雌球花，避免雌球花被雨水淋湿。（5）剪取雄球花后第9天早上9:00观察雌球花，确认雌球花上苞鳞已经开张。然后把保存花粉的棕色玻璃瓶取出冰箱，快速移入泡沫保鲜盒并放2个冰冻的生物冰袋保持低温，合紧保鲜盒盖板后携带到拟授粉的资源冷杉母树下，攀升到授粉台架上后，因天气晴朗，直接摘去套在雌球花上的硫酸纸小袋，从保鲜盒取出装有花粉的棕色玻璃瓶，以左手中指、无名指和小指握住玻璃瓶，拇指和食指夹住雌球花着生的小枝条保持稳定，右手执洁净毛笔伸入玻璃瓶，使毛笔头沾上花粉，然后以毛笔头轻柔点击雌球花表面，把花粉粒点入雌球花上开张的苞鳞口，待开张的苞鳞口均被点入花粉后，以授粉袋从上往下套住雌球花，以避免阵风吹走或雨水冲刷掉雌球花上的花粉，扎紧授粉袋，挂上标签牌，在标签牌上写上授粉父本、母本和授粉日期，13天后摘除套在雌球花上的授粉袋。（6）当年10月下旬资源冷杉球果由绿色转黄褐色，于10月23日，在经过人工授粉的球果中随机采集10个，分别剥下种子进行解剖查看有无种胚，统计人工授粉球果的种子饱满度。其余经过人工授粉的球果留在树上，任其自然脱落下种。至次年4月，查看人工授粉树周围地表冷杉幼苗生长情况，统计资源冷杉幼苗数量。上述三个实施例是以三株不同的母树做的，除授粉时间有所不同，其余操作是相同的。对比实施例不实施人工授粉，让资源冷杉开花后自然授粉，步骤如下：（1）以广西资源银竹老山资源冷杉国家级自然保护区的资源冷杉为观察对象。4月初资源冷杉的雄球花和雌球花快速膨大，在开有雄球花植株的附近，随机选择1株开有雌球花，且胸径为33厘米的资源冷杉，对此株资源冷杉不做任何人为处理，由其自然授粉。（2）当年10月下旬资源冷杉球果由绿色转黄褐色，于10月21日至22日，在步骤（1）选中的资源冷杉树上随机采集球果10个，分别剥下种子进行解剖查看有无种胚，统计球果的种子饱满度。其余未经过人工授粉的球果留在树上，任其自然脱落下种。至次年4月份，查看未作人工授粉的资源冷杉树周围地表冷杉幼苗生长情况，统计资源冷杉幼苗数量。实施例1和对比实施例按照下表中所要统计的内容进行统计，结果如下表所示：内容实施例1人工授粉自然授粉种子饱满度26.4%0.01%树下生长幼苗数量(株)6370前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述描述，可以进行很多改变和变化。对实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的从业者能够实现并利用本发明的各种不同的实施方案以及各种不同的选择和改变。当前第1页12