譚廷鴻，王 卓，吳禮佳，許金石，王祖華，劉 敏

(1 銅仁學院 農(nóng)林工程與規(guī)劃學院，貴州銅仁 554300；2 銅仁學院 貴州省梵凈山地區(qū)生物多樣性保護與利用重點實驗室，貴州銅仁 554300；3 西北大學 生命科學學院，陜西西安 710069；4 魯東大學 生命科學學院，山東煙臺 264025)

梵凈山冷杉，是世界自然遺產(chǎn)地——梵凈山的特有種，為第四紀孑遺植物，被列入《中國植物紅皮書》并成為國家一級保護瀕危植物，1998 年被IUCN列入《世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄》成為全球重點保護的針葉樹種之一[1]。由于梵凈山冷杉僅分布于海拔2 100～2 390 m 的山體上部，該區(qū)域毗鄰山脊，地勢陡峭，坡向朝北，夏涼冬冷，霜降頻繁，尤其冬季寒潮直侵，加上土層較淺，局部生境脆弱，因而種群不連續(xù)成片，多呈小面積碎片化分布[2]，且近三十年來不斷發(fā)現(xiàn)有枯立木或成片死亡植株[3]。由于惡劣的生存條件以及長期孤立的群落演替，導致梵凈山冷杉的群體遺傳變異性低、成年母樹更新較慢、幼樹長勢較弱，加劇了其瀕危態(tài)勢[3-5]。

截至目前，有關梵凈山冷杉的研究主要集中在生境特征、森林類型、種群結構、遺傳學特性、土壤成分和瀕危機制等方面[1, 4-6]。劉增力等[7]認為梵凈山冷杉的分布范圍極窄，屬于珍稀瀕危森林類型，且梵凈山冷杉常與南方鐵杉和闊葉樹組成針闊混交林。生長區(qū)局部地段由于闊葉樹種的侵入，致使林冠不能郁閉，同時林下苔蘚植物及凋落物覆蓋較厚，嚴重阻礙種子接觸土壤和萌發(fā)[8]。李曉笑等[1]研究表明，梵凈山冷杉的種群結構存在波動性，但幼苗不足和幼樹死亡率高是種群瀕危的重要原因，如果不進行遷地保育，整個種群會因氣溫持續(xù)升高而瀕臨滅絕。保護遺傳學研究表明，梵凈山冷杉自交現(xiàn)象嚴重，不存在種群間基因流動，因而遺傳多樣性水平較低[9]。此外，張玉武等[10]開展了關于梵凈山冷杉的就地育繁和遷地馴化栽培等試驗研究，但迄今尚未發(fā)現(xiàn)有引種或馴化成功的梵凈山冷杉小樹甚至幼苗。以上相關研究表明，梵凈山冷杉的保育和引種馴化存在較大困難與挑戰(zhàn)，關鍵在于種子到幼苗較低的轉化率，導致幼苗和幼樹天然更新不足。

研究表明，以有性繁殖為主的植物，其種子發(fā)育、成熟以及由種子轉化成幼苗的過程是生活史中最關鍵的環(huán)節(jié)，直接決定種群能否實現(xiàn)更新和壯大[11-12]。對裸子植物而言，球果和種子是物種繁殖系統(tǒng)的重要特征，它們在強大的選擇壓力下能表現(xiàn)出較強的適應性[13-14]。同時，球果和種子也是受遺傳控制較強的繁殖器官，最具有區(qū)分和比較意義[15]。然而，當前尚無關于梵凈山冷杉生殖特性尤其是球果及種子性狀的研究報道。本研究通過對梵凈山冷杉結實母樹球果的跟蹤觀測和定期采集，比較研究不同采種期梵凈山冷杉球果和種子的基本性狀，揭示其球果和種子的發(fā)育和成熟規(guī)律，為成熟球果適宜采種期的確定提供參考，同時有助于從繁殖生態(tài)學角度解析其瀕危機制，為進一步有效開展就地保育和遷地繁育提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 球果跟蹤觀測與采集

梵凈山冷杉的球果采自世界自然遺產(chǎn)地——梵凈山國家級自然保護區(qū)梵凈山冷杉原生地(27°46′50″～ 28°1′30″N, 108°35′55″～ 108°48′30″E)的野生種群。在分布區(qū)中部最適生的純林帶，選取30 株海拔相近，且樹齡為第Ⅳ齡級(20 cm ≤ DBH ≤ 30 cm)的結實母樹作為球果跟蹤觀測和采種對象[2]，球果發(fā)育的跟蹤觀測起始時間為2018 年7 月15 日。球果采集日期分別為2018 年8 月25 日、9 月10 日、9 月24 日、10 月10 日和10 月26 日，每期每株母樹至少采集3 個球果，每期至少采集90 個球果。

1.2 球果形態(tài)性狀及重量測定

從同期采集的球果中，隨機選取30 個，測定每個球果的長、寬，基徑、頂徑，鮮重、干重，并計算球果的長寬比、基頂徑比和相對含水量。球果的長和寬分別取其最長和最寬部位的測定值[16]；球果的基徑和頂徑分別取第2 輪種鱗對應球果基部和頂部的測量值，測量精度0.1 cm。球果干重以球果自然風干至恒重的數(shù)值為測定值，測定精度0.01 g。

1.3 種鱗和種子的性狀參數(shù)測定

從同期采集的種鱗尚未開放的球果中，隨機選取15個，待其自然風干至恒重后，按照球果基部、中部和頂部逐一解剖每個球果，測定單個球果的種鱗層數(shù)、種鱗總數(shù)量和種鱗總重量；測定單球果的未飽滿種子數(shù)量和重量、飽滿種子數(shù)量和重量及種子總數(shù)量和總重量，并測定單球果種子飽滿率和千粒重[17]。

從球果基部、中部和頂部逐一解剖的種鱗和種子中，分別取各部分的種鱗30 片和純凈的種子30 粒，在解剖顯微鏡(Olympus, SZX 7)下，測量種鱗長、寬、厚度，種子的長、寬和厚度，以及種翅的長度和寬度。種子、種鱗、種翅的長、寬、厚度分別取最長、最寬和最厚部位的測定值[18]，精度為0.01 mm。同時，用萬分之一天平分別稱量種鱗和種子的重量，測定單片種鱗和單粒種子的重量，測定精度0.001 g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 對實驗數(shù)據(jù)進行預處理，并使用GraphPad Prim 5和Canvas X軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和制圖；采用單因素方差分析(One-way ANOVA)對不同采種期的球果、種鱗和種子的性狀參數(shù)進行多重比較和差異性顯著分析。

2 結果與分析

2.1 梵凈山冷杉的球果性狀

2.1.1 球果的發(fā)育及形態(tài)變化通過實地跟蹤觀測和對比拍攝發(fā)現(xiàn)，梵凈山冷杉的球果每年7 月中旬開始形成，8 月上旬至10 月上旬為發(fā)育關鍵期，10 月下旬陸續(xù)成熟并自然掉落，球果從形成至成熟約3 個月。發(fā)育早期即8 月上旬，球果呈圓錐形，顏色深灰色或灰紫色，基部逐漸膨大，雌球花的頂部繼續(xù)發(fā)育，球果長寬比?。话l(fā)育中期為9 月中旬至下旬，球果卵圓形至近圓柱形，深灰色，雌球花發(fā)育完全，基部和頂部寬度繼續(xù)增加，長寬比也逐漸增加；發(fā)育后期為10 月上旬至中旬，球果近圓柱形或圓柱形，灰黑色或棕褐色，長寬比最大(圖 1，A～C)。此外，跟蹤觀測和統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，梵凈山冷杉成年結實母樹結果枝的球果結實數(shù)量通常1～3 個，且樹冠上端尤其是靠近頂端的結果枝結實數(shù)量多于樹冠下端。

A. 發(fā)育早期(8月5日)；B. 發(fā)育中期(9月10日)；C. 發(fā)育后期(10月10日)

2.1.2 不同采種期的球果形態(tài)特征對不同采種期的球果形態(tài)進行了比較分析發(fā)現(xiàn)，5個采種期的梵凈山冷杉球果外形相似，為卵圓形或近圓柱形，灰黑色或棕褐色；球果表面附著斑塊狀的白色油脂，油脂面積隨采集時間后延而增加(圖 2)。統(tǒng)計分析球果的形態(tài)參數(shù)(圖 3)表明，隨采種時間后延，10 月 26日采集的球果長、寬、基徑和頂徑最大，但5個采種期的球果基頂徑比(球果基徑和頂徑之比)差異不顯著(P> 0.05)；前四個采種期的球果長、寬、基徑和頂徑增加最明顯(P< 0.05)，10 月10 日和10 月26 日采集的球果長、寬、基徑和頂徑差異不顯著(P> 0.05)；與8 月25 日相比，9 月10 日采集的球果長寬比增加不明顯(P> 0.05)，9 月10 日、10 月10 日和10 月26 日采集的球果長寬比顯著增加(P< 0.05)，但后3個采種期間的球果長寬比差異不顯著(P> 0.05)。

圖2 不同采種期梵凈山冷杉球果的形態(tài)特征

2.1.3 不同采種期球果的重量及含水量進一步測定分析不同采種期單個球果的鮮重、干重和含水量。數(shù)據(jù)顯示，隨采種時間的后延，梵凈山冷杉單球果的鮮重和干重顯著增加(圖 4，A～B)，以10 月26 日采集的球果鮮重和干重最大，分別為36.98 g和20.33 g；后四個采種期較8 月25 日球果的鮮重分別增加10.33%、38.18%、52.20%和71.14%，球果的干重分別增加24.44%、79.89%、119.08%和149.24%；從較前一采種期的數(shù)據(jù)增幅來看，后四個采種期的單球果鮮重增幅依次為10.33%、25.23%、10.15%和12.45%，單球果干重的增幅依次為24.44%、44.56%、21.79%和13.77%。表明梵凈山冷杉球果重量的劇增期為發(fā)育早期和發(fā)育中期，即9 月10 日至9 月24 日，而發(fā)育后期和成熟期球果的重量增幅減緩，但成熟期球果重量顯著高于發(fā)育期。此外，8 月25 日至10 月10 日，球果的相對含水量連續(xù)顯著降低(圖 4，C)，然而，10 月10 日與10 月26 日相比，球果的相對含水量差異不顯著(P> 0.05)。表明球果的重量和含水量與發(fā)育時間呈負相關，球果的相對含水量從發(fā)育早期至發(fā)育后期持續(xù)降低，而發(fā)育后期至成熟期趨于穩(wěn)定。

圖中不同小寫字母表示不同采種期之間差異顯著(P < 0.05)。下同

2.2 梵凈山冷杉種鱗的性狀特征

2.2.1 不同采種期單球果的種鱗數(shù)量和重量測定不同采種期梵凈山冷杉單球果的種鱗層數(shù)、種鱗數(shù)量和種鱗干重(圖 5)。結果顯示，與8 月25 日相比，后四個采種期的單球果種鱗層數(shù)、數(shù)量和重量均達到顯著差異(P< 0.05)，單球果種鱗層數(shù)依次增加27.50%、47.50%、68.21%和70.13%，種鱗數(shù)量依次增加26.30%、48.91%、59.57%和63.48%，種鱗干重依次增加24.23%、79.61%、107.62%和123.02%。從較前一采種期的數(shù)據(jù)增幅來看，后四個采種期的單球果種鱗層數(shù)的增幅依次為27.50%、15.68%、14.04%和1.14%，種鱗數(shù)量的增幅依次為26.30%、17.90%、7.15%和2.45%，種鱗干重的增幅依次為24.23%、44.57%、15.60%和7.42%?？梢?，單球果種鱗數(shù)量和重量在發(fā)育早期和發(fā)育中期即9 月10 日和9 月24 日增加最明顯，在發(fā)育后期和成熟期逐漸趨于穩(wěn)定。

圖5 不同采種期梵凈山冷杉單球果的種鱗數(shù)量和重量

2.2.2 不同采種期球果種鱗的形態(tài)特征由于冷杉屬球果基部和頂部種鱗不能完全發(fā)育，因而對不同采種期球果中部種鱗的形態(tài)參數(shù)進行了測定，如表1所示。后四個采種期球果中部種鱗的長較8 月25 日均達到顯著差異水平(P< 0.05)；而對于種鱗的寬，只有10 月26 日采集的球果較8 月25 日達到了顯著差異水平(P< 0.05)；種鱗的長寬比隨種鱗發(fā)育逐漸減小，但5個采種期種鱗的長寬比差異不顯著(P> 0.05)。對于種鱗的厚度，前3個采種期差異不顯著(P> 0.05)，直到10 月10 日和10 月26 日才顯著增加，較8 月25 日分別增加1.16 倍、1.39 倍。9 月10 日種鱗的干重較8 月25 日差異不顯著(P> 0.05)，后三個采種期種鱗的干重較8 月25 日顯著增加(P< 0.05)，分別增加了2.35 倍、3.17 倍和4.76 倍。此外，發(fā)育后期和成熟期，即10 月10 日和10 月26 日，球果中部種鱗的厚度和干重差異不顯著(P> 0.05)?？梢?，隨著球果的發(fā)育和成熟，梵凈山冷杉球果種鱗的長、厚度和干重會顯著增加，而發(fā)育后期和成熟期種鱗的厚度和干重趨于穩(wěn)定。

表1 不同采種期梵凈山冷杉球果中部的種鱗性狀

2.2.3 成熟期球果種鱗的形態(tài)特征對成熟期即10 月26 日采集的梵凈山冷杉球果的種鱗逐一解剖后，分別選取球果基部、中部和頂部各3 層的種鱗進行拍攝和形態(tài)分析。如圖 6所示，梵凈山冷杉成熟球果的種鱗完全木質(zhì)化，堅硬。球果基部的種鱗近圓形或方形，中部的種鱗腎形，頂部的種鱗矩扇形。種鱗上下邊緣均有細鋸齒，下邊緣中央凸出形成柄；柄左右兩側不對稱。球果基部種鱗的柄較短，中部和頂部種鱗的柄稍長，柄上寬下窄，棕褐色；中部種鱗的柄略寬且厚。種鱗由腹面向背面凹陷，腹面柄兩側分別附著1 粒帶種翅的種子，因而種鱗柄兩側的中央?yún)^(qū)域和下邊緣略薄，上邊緣略厚；種鱗腹面和背面的中央?yún)^(qū)域棕褐色，背面的上邊緣為黑褐色；腹面粗糙或有顆粒狀凸起，背面稍平滑；種鱗腹面頂部中央有刺狀突起，較短，質(zhì)地硬。

每個部位分別取第1、第2和第3輪的種鱗

2.2.4 成熟期球果種鱗的性狀特征進一步測定成熟期球果基部、中部和頂部的第二輪種鱗的性狀參數(shù)，包括種鱗的長、寬、長寬比、厚度和干重(表 2)。數(shù)據(jù)顯示，球果基部種鱗的長和長寬比最?。豁敳糠N鱗的寬、厚度和干重最??；球果中部種鱗的所有性狀指標均為最大。對于種鱗的長，成熟球果基部、中部、頂部之間差異顯著(P< 0.05)，中部種鱗的長分別是基部和頂部種鱗的2.13 倍、1.85 倍。與種鱗的長類似，成熟球果基部、中部、頂部的種鱗寬差異顯著(P< 0.05)，中部種鱗的寬分別是基部和頂部的1.21 倍、1.64 倍，基部種鱗的寬是頂部種鱗的1.35 倍。中部和頂部種鱗的長寬比相當，且都顯著大于底部(P< 0.05)?；糠N鱗的厚度介于中部和頂部之間，但與兩個部位的種鱗厚度差異不顯著(P> 0.05)。三個部位間的種鱗干重差異顯著(P< 0.05)，中部種鱗干重分別是基部和頂部的1.52 倍、2.91 倍。

表2 梵凈山冷杉成熟球果不同部位的種鱗性狀特征

2.3 梵凈山冷杉種子的性狀特征

2.3.1 不同采種期球果的種子數(shù)量對不同采種期梵凈山冷杉球果的種子數(shù)量進行測定，比較分析單球果未飽滿種子數(shù)量、飽滿種子數(shù)量、種子總數(shù)量和種子飽滿率(圖 7)。結果顯示，前3個采種期，單球果的未飽滿種子數(shù)量顯著增加，隨后兩個采種期又顯著降低，發(fā)育中期即9 月24 日的單球果未飽滿種子數(shù)量最多。單球果的飽滿種子數(shù)量、種子總數(shù)量和種子飽滿率均隨采種時間后延逐漸增加，雖然較早兩個采種期即8 月25 日和9 月10 日之間無明顯差異(P> 0.05)，但是后三個采種期較8 月25 日的增長率均顯著(P< 0.05)，單球果飽滿種子數(shù)分別增加5.23 倍、13.82 倍、23.57 倍，種子總數(shù)分別增加1.87 倍、2.79 倍、3.83 倍，種子飽滿率分別增加1.17 倍、2.91 倍、4.19 倍。以上結果表明，發(fā)育早期至發(fā)育中期，球果以形成新種子為主，而發(fā)育中期至成熟期，新種子形成減少，以灌漿增加種子飽滿度為主。

圖7 不同采種期梵凈山冷杉單球果的種子數(shù)量及飽滿率

2.3.2 不同采種期球果的種子重量對不同采種期梵凈山冷杉球果的種子重量進行測定，比較分析單球果的未飽滿種子重量、飽滿種子重量、種子總重量和種子千粒重(圖 8)。數(shù)據(jù)顯示，與單球果的未飽滿種子數(shù)量類似，單球果的未飽滿種子重量在前3個采種期顯著增加，隨后兩個采種期又顯著降低，發(fā)育中期即9 月24 日最高。單球果飽滿種子重量在前兩個采種期差異不顯著(P> 0.05)，后續(xù)三個采種期均顯著增加(P< 0.05)。單球果種子總重量和種子千粒重隨采種時間后延均顯著增加(P< 0.05)。與前四個采種期相比，10 月26 日的單球果種子總重量分別增加3.78 倍、2.55 倍、1.31 倍和0.41 倍，種子千粒重分別增加0.87 倍、0.51 倍、0.29 倍和0.13 倍。以上數(shù)據(jù)表明，梵凈山冷杉球果從發(fā)育早期至發(fā)育中期，種子重量的顯著增加主要源于種子數(shù)量的增加；而球果發(fā)育中期至成熟期，種子的重量增加源于種子數(shù)量和種子飽滿率的增加。

圖8 不同采種期梵凈山冷杉單球果的種子重量

2.3.3 成熟期球果的種子形態(tài)特征對成熟期采集的梵凈山冷杉球果進行解剖后，分別選取球果基部、中部和頂部各3 層的種子進行顯微拍攝和形態(tài)分析。如圖 9所示，球果基部、中部和頂部的種子均有明顯的種翅，種翅為頂側生長；種翅上邊緣平截，較薄，有鋸齒；球果基部和中部的種翅顏色較深、棕褐色，頂部的種翅顏色較淺、棕色；種翅表面有豎條紋和顆粒。種子的種皮與種翅連生，種皮薄，膠質(zhì)，易碎；種皮表面粗糙，有凹凸紋。種子梭子型，中間寬厚、兩端細，表面粗糙，淺棕色；種子含油脂，質(zhì)地偏軟，易撕裂；種子的形態(tài)大小依次為球果中部 > 球果基部 > 球果頂部。

每個部位分別取第1、第2和第3輪的種子

2.3.4 成熟球果的種子性狀特征進一步測定成熟期球果基部、中部和頂部的種子性狀參數(shù)，包括種子長、寬、厚度、千粒重，同時測定了種翅的長和寬(表 3)。數(shù)據(jù)顯示，球果中部種子的所有性狀參數(shù)均為最大，基部和頂部的種子除長度差異顯著(P< 0.05)外，其余性狀參數(shù)無顯著差異(P> 0.05)。球果中部種子的長分別是基部和頂部的1.14 倍、1.34 倍，寬分別是基部和頂部的1.28 倍、1.31 倍，厚度分別是基部和頂部的1.39 倍、1.48 倍。球果基部、中部和頂部種子的千粒重差異顯著(P< 0.05)，中部種子千粒重分別是基部和頂部的1.38 倍、1.60 倍。數(shù)據(jù)表明，梵凈山冷杉成熟球果的種子并非呈上中下均勻分布，球果中部種子的長、寬和飽滿度均顯著高于基部和頂部的種子。

表3 梵凈山冷杉成熟球果的種子性狀特征

3 討 論

對于種子植物而言，遺傳多樣性是生物多樣性的決定因素[19]，認識遺傳多樣性和種群結構特征是有效保護瀕危植物的重要基礎[20-22]。在眾多影響物種種群結構的因素中，繁殖系統(tǒng)一直是學者們關注的焦點，因為其表型的多樣性程度體現(xiàn)了種群對于環(huán)境適應能力的程度[23]。球果和種子是裸子植物的重要繁殖系統(tǒng)，也是冷杉屬瀕危植物的基因庫和種群發(fā)展與維持的內(nèi)在動力[14]。本研究選取梵凈山冷杉分布區(qū)中部最具物種代表性的適生純林帶的結實母樹為采種對象，跟蹤觀測發(fā)現(xiàn)，每年7 月中旬梵凈山冷杉的球果開始形成，10 月底成熟并陸續(xù)自然掉落。發(fā)育早期至發(fā)育中期球果的顏色和外形有明顯變化，發(fā)育后期至成熟期球果的顏色和形態(tài)不再發(fā)生顯著變化。因此，不能以球果的顏色或者形態(tài)作為其成熟的判斷依據(jù)。冷杉屬球果的形態(tài)發(fā)育和成熟過程受到嚴格的遺傳控制[24-25]，環(huán)境因素對特定物種的種實性狀也有影響。影響冷杉屬球果遺傳分化的生態(tài)因子主要是海拔、溫度、生長期和光周期，如秦嶺冷杉(Abieschensiensis)球果在低海拔發(fā)育最好，高海拔處較差[16, 26]。與秦嶺冷杉不同，梵凈山冷杉分布范圍比較狹窄，分布區(qū)的坡向基本相同，均為陰坡，不同生境對其種群結構的差異影響不大[1]。但是分布區(qū)垂直海拔差約300 m，且不同海拔的小氣候和土壤養(yǎng)分不同，因此海拔、土壤和氣候等環(huán)境因子是否對梵凈山冷杉球果發(fā)育、成熟及性狀特征有顯著影響，需進一步研究。本研究發(fā)現(xiàn)梵凈山結實母樹的結果枝能夠孕育1 ～ 3 個球果，且單株母樹能夠滿足5 次球果采集，表明當年跟蹤的結實母樹產(chǎn)果量大于15 個。同屬的秦嶺冷杉平均結實量為113 個，結實量在海拔高度間、植株間和結實的空間上有差別，而且還存在球果結實大小年現(xiàn)象和生殖間隔期[16-17]。松科植物如油松(PinustabulaeformisCarr.)，兩年生球果的發(fā)育會降低樹體結果枝的營養(yǎng)水平，從而引起結實大小年[27]，因此我們推測梵凈山冷杉球果結實同樣存在大小年和生殖間隔。

梵凈山冷杉成熟球果的平均長度為7.18 cm，平均寬度3.84 cm，平均鮮重36.98 g，平均干重 20.33 g，單球果平均種鱗層數(shù)30.76 層，種鱗數(shù)250.67 片。與冷杉屬的其他樹種相比，梵凈山冷杉球果大小居中[16]，種鱗數(shù)量較多。與球果的長和寬類似，梵凈山冷杉單球果種鱗數(shù)量和重量在發(fā)育早期和發(fā)育中期，即9 月10 日和9 月24 日增加最明顯，在發(fā)育后期和成熟期逐漸趨于穩(wěn)定，表明梵凈山冷杉種鱗與球果的發(fā)育和成熟同步，這與松科的大多數(shù)樹種類似[8, 28]。然而，關于冷杉屬種鱗的層數(shù)和每層種鱗的數(shù)量是否決定球果長和寬，迄今尚無相關報道。梵凈山冷杉球果發(fā)育中期至成熟期，部分種鱗背面附有油脂，這可能與種鱗密封及種子開放有關[29]，此外，梵凈山冷杉球果基部、頂部和中部種鱗的形態(tài)不同，僅球果中部的種鱗能夠完全發(fā)育。成熟球果中部種鱗的所有性狀指標均最大，每片種鱗腹2 粒種子。與此不同，崖柏球果中部的種鱗通常1 粒種子，其球果基部和頂部的種子不能發(fā)育成熟[30]。

冷杉屬植物的球果在發(fā)育和成熟過程會出現(xiàn)種子敗育或發(fā)育異常等現(xiàn)象，種子也會存在空粒、澀粒和蟲粒[16, 31-33]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著采種時間的后延，梵凈山冷杉單球果的種子數(shù)量、種子飽滿率和千粒重顯著增加；成熟單球果的平均飽滿率為82.49%，比冷杉屬的其他樹種略高；梵凈山冷杉成熟單球果的平均種子數(shù)為436.67 粒，比同屬其他樹種的單球果出種量更高[16, 34]。雖然成熟球果基部和頂部的種鱗未能完全發(fā)育，卻均能正常孕育種子，不過球果上、中、下三個部位的種子形態(tài)和性狀存在較大差異。有研究表明，在針葉樹種中，種子的大小由球果形態(tài)所決定[14]。梵凈山冷杉球果中部的種子平均長僅9.14 mm，寬2.30 mm，厚2.37 mm，千粒重11.44 g，在同屬冷杉樹種中偏小[16]。通常，大?；蛑亓看蟮姆N子比小粒種子的貯藏物質(zhì)更多，種子的大小或重量是植物給每個后代的物質(zhì)與能量投資指數(shù)，大粒種子產(chǎn)出成本高，周期長，種子數(shù)量少[35]。梵凈山冷杉種子小、重量輕，但是單球果產(chǎn)量高，這是一種長期的適應對策。然而，種子種群是植物一生中有能力移動的關鍵期，能否保證足夠的種子種群經(jīng)散布后形成土壤種子庫，并避開不良環(huán)境，在適宜時機達到幼苗的建成，為種群補充后代，對種群的發(fā)展和壯大至關重要[36]。雖然梵凈山冷杉單球果種子數(shù)較多，且飽滿率高，但是其分布區(qū)域狹窄，生境條件惡劣，林下苔蘚和凋落物覆蓋較厚，種子成熟后自然散落難以觸及土壤，這就極大限制了種子到幼苗的建成。因此，單株對后代的貢獻少，難以滿足種群的自然更新，且幼樹成年周期長，母樹結實率衰減；同時，全球氣候變暖對針葉樹種的繁殖特性造成巨大影響[37]，加上冰雹雪凝折枝等自然災害，使得種群面積越來越小，導致梵凈山冷杉逐漸成為瀕危樹種。

綜上所述，不同采種期梵凈山冷杉球果、種鱗和種子的性狀不同。8 月上旬至10 月上旬為梵凈山冷杉球果發(fā)育的關鍵期，期間球果形態(tài)和重量顯著增加，10 月中旬至10 月底球果、種鱗和種子的形態(tài)和性狀逐漸趨于穩(wěn)定，10 月底球果陸續(xù)成熟并自然掉落，因此，10 月下旬為成熟球果的最佳采集期。梵凈山冷杉成熟球果近圓柱形，灰黑色或棕褐色；種鱗與球果同步發(fā)育和成熟，球果上、中、下三個部位的種鱗及種子的性狀不同，球果中部的種鱗和種子發(fā)育最好。在同屬冷杉樹種中，梵凈山冷杉成熟球果的大小居中，出種量大，種子飽滿率高，但是種子小、重量輕，不利于自然散落后形成土壤種子庫和實現(xiàn)種子到幼苗的建成。梵凈山冷杉球果與種子的上述性狀特征，是否成為其致危的決定性因素，仍需進一步研究。