2020年, 第6期
刊出日期:2020-06-20

树栖蚂蚁与树木形成了密切的共生关系, 是研究种间互作网络的理想模型。王剑等(见本期695–706页)以西双版纳热带雨林生态系统中的蚂蚁–树共生系统为对象, 采用网络分析的方法探讨了蚂蚁–树二分网络的空间变异。封面展示了西双版纳常见的聚果榕(Ficus racemosa) (左图)、栖息于聚果榕上的黄猄蚁(Oecophylla smaragdina)建造的蚁巢(右上)和在聚果榕上搬运食物的黄猄蚁(右下)。(摄影者: 王波)

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    • 研究报告:植物多样性
      喜旱莲子草对同基因型邻体根系的表型可塑性: 入侵地和原产地的比较
      于良瑞, 朱政财, 潘晓云
      生物多样性. 2020, 28(6):  651-657.  doi:10.17520/biods.2020044
      摘要 ( 322 )   HTML ( 24 )   PDF (1103KB) ( 309 )   附录    知识图谱   收藏
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      植物对邻体根系的表型可塑性是指与无邻体对照相比, 即使个体平均可获取土壤资源相同, 在有邻体根系存在时植物也会改变根系生物量分配, 并影响其他功能性状和适合度。表型可塑性进化假说(evolution of plasticity hypothesis)认为外来植物在入侵地进化出了更强的表型可塑性。对该假说的验证多集中于外来植物对光照、水分、养分以及天敌等的可塑性进化, 但对邻体根系的可塑性在入侵植物中是否发生进化尚未见报道。我们采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵地(美国)和原产地(阿根廷)各5个基因型的适合度与功能性状对同基因型邻体根系的可塑性。结果表明: 喜旱莲子草的根冠比(P = 0.088)和比叶面积(P = 0.007)对同基因型邻体根系的可塑性在入侵地和原产地基因型间存在差异: 入侵地基因型在有邻体根系时根冠比和比叶面积增加, 而原产地基因型则相反。但是, 总生物量、贮藏根生物量、比茎长和分枝强度对邻体根系的可塑性在入侵地和原产地间没有显著差异。此外, 与分隔邻体根系相比, 同基因型邻体根系存在时总生物量(+9.9%)和贮藏根生物量(+13.9%)显著增加, 比茎长(-9.5%)显著降低。最后, 与原产地基因型相比, 总体上入侵地基因型的总生物量(+62.0%)和贮藏根生物量(+58.9%)增加, 比茎长(-28.5%)和分枝强度(-42.8%)降低。这些结果表明喜旱莲子草入侵地基因型与资源利用相关功能性状(如根冠比和比叶面积)对邻体根系的可塑性方向与原产地基因型相反; 但适合度和株型相关性状(如比茎长和分枝强度)对同基因型邻体根系的可塑性与原产地没有差异。

      五大连池火山熔岩台地草本层物种多样性及环境解释
      黄庆阳, 曹宏杰, 谢立红, 罗春雨, 杨帆, 王立民, 倪红伟
      生物多样性. 2020, 28(6):  658-667.  doi:10.17520/biods.2019371
      摘要 ( 156 )   HTML ( 20 )   PDF (1506KB) ( 118 )   知识图谱   收藏
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      五大连池火山熔岩台地是一种火山地貌, 研究熔岩台地草本物种分布及其环境解释, 对认识火山原生演替过程中植物群落空间格局形成及适应机制具有重要意义。本文以五大连池熔岩台地的草本物种为研究对象, 调查了苔藓、草本、灌丛、阔叶林和针阔混交林等不同植被类型中的草本层样方, 并测定样方中的土壤养分和水分等状况, 采用多样性指数、优势度指数、均匀度指数、物种丰富度评价草本层物种多样性, 通过典范对应分析方法研究了群落组成与土壤因子的关系。结果表明: (1)熔岩台地草本层物种丰富, 共56种, 占本研究调查区总物种数的82.35%, 草本样地的草本层物种多样性、优势度和均匀性高于其他植被类型。(2)熔岩台地土壤pH值对群落草本层物种丰富度和物种个体的空间分布均有较大影响。(3)土壤因子解释了群落分布的79.39%, 其中土壤pH值、速效磷、硝态氮、铵态氮所占的解释量比较大。(4)岩败酱(Patrinia rupestris)、万年蒿(Artemisia sacrorum)、硬质早熟禾(Poa sphondylodes)和中华苦荬菜(Ixeris chinensis)对环境要求较低, 能够适应熔岩台地土壤贫瘠恶劣的环境。熔岩台地不同植被类型表现出对环境资源的特定需求, 熔岩地貌导致了土壤pH值、养分、水分的差异, 并影响植物群落的分布。

      中国佛教寺庙植物多样性和佛教树种替代
      王新阳, 靳程, 黄力, 周礼华, 郑明铭, 钱深华, 杨永川
      生物多样性. 2020, 28(6):  668-677.  doi:10.17520/biods.2019392
      摘要 ( 574 )   HTML ( 30 )   PDF (7171KB) ( 507 )   附录    知识图谱   收藏
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      佛教是我国的主要宗教之一, 佛教寺庙作为佛教文化的物质载体, 对区域生物多样性的保护具有重要意义。本研究收集了中国191座寺庙的树种名录, 分析了不同地区寺庙的树种组成、分布格局及影响因素, 以明确寺庙在生物多样性保护中的作用。结果表明: (1)全国191座寺庙共收集到树种1,059种, 隶属116科410属, 大多数树种(773种)仅出现在1-2座寺庙中; (2)寺庙树种中含有大量乡土植物, 并且保存了丰富的受威胁树种(94种), 具有较高的生物多样性保护价值; (3)不同气候带的佛教树种组成差异较大, 主要受气候因子限制; (4)佛教树种具有清晰的树种替代现象, 由南向北原始佛教树种逐渐由形态相似的本土物种(替代佛教树种)替代。以上结果表明中国寺庙中保存了非常丰富的植物资源, 有效地保护和利用寺庙植物资源对维持区域生物多样性和提升城市绿化水平具有积极作用。

      研究报告:动物多样性
      四川黑竹沟地区非飞行小型兽类物种多样性与群落组成
      岳先涛, 张塔星, 窦亮, 刘洁, 冉江洪, 毛夜明, 马晓龙, 张尧
      生物多样性. 2020, 28(6):  678-687.  doi:10.17520/biods.2019385
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      四川黑竹沟国家级自然保护区位于生物多样性丰富的凉山山系, 在保护和维持区域生物多样性方面具有极其重要的地位, 然而对该自然保护区兽类群落的研究却极为缺乏。为了了解该自然保护区及周边的小型兽类群落,本文作者在2018年4-10月调查了该区域的非飞行小型兽类物种多样性及其群落组成。在海拔1,537-3,830 m间共设置样方184个, 布设鼠夹9,016铗日, 捕获小型兽类536只, 隶属4目7科13属21种。包括滇攀鼠(Vernaya fulva)和等齿鼩鼹(Uropsilus aequodonenia)两个稀有物种在内的共计9个物种为该地区首次报道, 丰富了物种分布记录。结合历史资料, 黑竹沟地区共记录小型兽类43种, 隶属4目9科28属。在43种小型兽类中, 东洋界物种37种, 占绝对优势(86%), 分布型以喜马拉雅-横断山型占优, 为18种(占东洋界48.6%)。本次调查捕获的21种小型兽类中, 群落优势种为中华姬鼠(Apodemus draco, 33.2%)、北社鼠(Niviventer confucianus, 21.3%)和中华绒鼠(Eothenomys chinensis, 12.7%)。随着海拔上升, 群落优势种组成发生变化, 由北社鼠 + 中华姬鼠 + 针毛鼠(Niviventer fulvescens) + 短尾鼩(Anourosorex squamipes)群落, 转变为中华绒鼠 + 中华姬鼠 + 凉山沟牙田鼠(Proedromys liangshanensis) + 西南绒鼠(Eothenomys custos)群落。群落物种区系的分布型组成随着海拔升高而发生变化, 喜马拉雅-横断山型物种随海拔升高所占比例增大; 分布于喜马拉雅-横断山的特有种分布的下限、中点和上限平均海拔都高于非特有种, 且特有种和非特有种的中点和下限平均海拔差异显著(n = 21, df = 19, P = 0.013; n = 21, df = 19, P < 0.01), 说明该区域物种具有明显的东洋界特征, 中高海拔主要由特有种构成。本研究丰富了黑竹沟地区小型兽类及群落多样性的数据资料, 有利于该地区物种多样性的研究和保护。

      棕背伯劳羽色多态与MC1R基因的相关性
      任刚, 李恩, 赵世烨, 江燕琼, 王莎莎, 唐思贤, 胡慧建
      生物多样性. 2020, 28(6):  688-694.  doi:10.17520/biods.2019307
      摘要 ( 234 )   HTML ( 6 )   PDF (1032KB) ( 136 )   知识图谱   收藏
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      黑素皮质素受体1 (melanocortin-1 receptor, MC1R)基因是控制动物黑色素合成的重要基因, 鸟类羽色的变异与MC1R基因的变异有密切关系。棕背伯劳(Lanius schach)在我国东部沿海多地存在羽色多态现象, 有棕色型、黑色型和黑色白边型的分化。为了探究MC1R基因与棕背伯劳色型分化的关系, 本研究对分布于广东省的3种色型共计11只棕背伯劳的MC1R基因编码区进行单核苷酸多态性(SNPs)分析和氨基酸多态性分析。结果表明: (1) 11个实验个体的MC1R基因序列共有4种单倍型, 其中黑色型和黑色白边型共享单倍型H3。(2) 3种色型棕背伯劳MC1R基因编码区的第34-931位的899个碱基中共有47个碱基变异位点, 相对应的氨基酸序列共有18个变异位点, 这些变异位点与黑色表型无对应关系。(3)黑色型与黑色白边型个体基因型在第268-303位编码区出现了36个碱基的缺失, 对应着12个氨基酸的缺失, 该缺失与黑色表型相对应。因此推测棕背伯劳的黑化与MC1R基因碱基片段的缺失密切相关。

      西双版纳国家级自然保护区蚂蚁-树互作网络空间变异
      王剑, 董乙乂, 马丽滨, 潘勃, 马方舟, 丁晖, 胡亚萍, 彭艳琼, 吴孝兵, 王波
      生物多样性. 2020, 28(6):  695-706.  doi:10.17520/biods.2020019
      摘要 ( 310 )   HTML ( 15 )   PDF (2094KB) ( 450 )   附录    知识图谱   收藏
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      网络分析(network analysis)可以同时分析群落中的物种多样性和种间关系, 为了解生态群落的稳定性机制提供了新的分析思路和方法。本研究从西双版纳国家级自然保护区的纳板河、勐仑和勐腊(补蚌)三个地点采集了树栖性蚂蚁及树木的种类和数量数据, 对蚂蚁-树组成的二分网络进行了分析, 探讨了3个采样点物种的多样性、网络指标以及群落指标之间的关系。我们采用零模型的方法比较了3个样点的标准化网络参数差异。结果表明: 蚂蚁和树木的物种数以及树的异质性指数(Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数)都呈现出勐仑 > 纳板河 > 补蚌的趋势。树木-蚂蚁的灭绝曲线系数大小关系同样为勐仑 > 纳板河 > 补蚌, 灭绝曲线与树的物种数及异质性指数大小趋势一致, 而与蚂蚁的异质性指数并不吻合。根据Z值的绝对值来看, 网络参数(加权嵌套性、平均连接数、特化水平、模块性、连接度)与群落参数(灭绝曲线系数、生态位重叠)的大小趋势相同, 表现出勐仑 > 纳板河 > 补蚌的趋势。综上所述, 蚂蚁-树互作网络的稳定性(灭绝曲线系数)主要由树的数量和异质性指数决定。网络的加权嵌套性和网络中节点的平均连接数也能促进群落的稳定性。而在一个特化的(数值越大表示专性互作越多)和模块化(具有较多密切互作的节点单元)的网络中, 当低营养级物种灭绝时高营养级物种数量将迅速减少。

      青藏高原高寒草甸土壤环境对线虫功能多样性的影响
      王宇彤, 牛克昌
      生物多样性. 2020, 28(6):  707-717.  doi:10.17520/biods.2020042
      摘要 ( 236 )   HTML ( 7 )   PDF (1280KB) ( 168 )   知识图谱   收藏
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      土壤线虫是地下食物网的重要组成部分, 在生态系统能量流动和物质循环中起着至关重要的作用。大量研究报道了肥力等土壤环境对土壤线虫物种多样性及各功能群多度的影响, 而我们对土壤线虫功能多样性如何响应土壤环境变化依然知之甚少。本研究以群落水平个体大小和个体大小多样性表征土壤线虫功能多样性。在青藏高原高寒草甸选择3个研究点, 调查和分析了不同生境(沟底平地、阴坡、阳坡和山顶)土壤线虫物种多样性、各功能群多度和功能多样性及其与土壤理化因子和植物多样性的关系。结果表明: (1)土壤线虫个体多度和物种多样性在阳坡最高, 随土壤pH值和土壤总磷增加而升高; 而基于个体大小的土壤线虫功能多样性主要受土壤养分影响, 随土壤总氮和有机质增加而增加, 随土壤总磷含量增加而减少; (2)食细菌和食真菌线虫多度在沟底最高, 植食与捕食杂食线虫多度在山顶最低; 除捕食杂食线虫外, 各功能群多度也主要随土壤磷增加而升高; 除食真菌线虫外, 各功能群多度随植物物种丰富度的增加而减少。本研究强调了土壤线虫物种和功能多样性受不同土壤环境因子的影响, 丰富了土壤线虫多样性研究的内容, 为理解高寒草甸土壤动物多样性形成、维持和变化提供了更广阔的 视角。

      研究报告:微生物多样性
      腾格里沙漠东南缘不同生物土壤结皮细菌多样性及其季节动态特征
      靳新影, 张肖冲, 金多, 陈韵, 李靖宇
      生物多样性. 2020, 28(6):  718-726.  doi:10.17520/biods.2019298
      摘要 ( 221 )   HTML ( 15 )   PDF (1584KB) ( 460 )   附录    知识图谱   收藏
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      微生物多样性对于生物土壤结皮在沙漠生态系统中改善局部环境以及提升生态功能具有重要作用。本研究对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区藻结皮、藓结皮及其下层的四季样品进行了16S rDNA高通量测序, 以期阐明细菌多样性及其在生物土壤结皮演替过程中的季节变化规律。结果表明4种类型样品的细菌丰富度在夏季显著低于其他3个季节。4种类型样品中主要的细菌类群为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、蓝细菌门等, 其中变形菌门和放线菌门为优势类群, 夏季时变形菌门的相对多度显著高于春季、秋季、冬季, 且在结皮层中相对多度显著高于结皮下层。放线菌门的相对多度在春季、夏季显著高于秋季、冬季, 且结皮下层相对多度高于结皮层。生物土壤结皮演替过程中细菌多样性及其相对多度季节动态变化表明其对沙漠土壤局部环境的变化作出了响应, 这为深入理解生物土壤结皮在沙漠生态系统中的生态功能提供了微生物多样性数据。

      综述
      外来入侵植物的根系觅养行为研究进展
      韩雪, 苏锦权, 姚娜娜, 陈宝明
      生物多样性. 2020, 28(6):  727-733.  doi:10.17520/biods.2019325
      摘要 ( 370 )   HTML ( 1 )   PDF (627KB) ( 305 )   知识图谱   收藏
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      土壤养分分布具有高度空间异质性, 植物的根系觅养行为是其对土壤养分异质性的一种适应。不同植物为了适应养分异质性会产生不同的根系觅养行为, 通过调整自身的根系觅养范围、觅养精度和觅养速度来更好地吸收利用土壤中的养分。外来植物与本地植物的竞争是决定其成功入侵的重要因素, 土壤养分等环境因素会影响它们之间的竞争关系。近年来, 外来入侵植物的觅养行为逐渐受到人们的关注, 关于入侵植物根系觅养行为的研究成果陆续出现: (1)总体来看, 外来入侵植物具有较强的根系觅养能力, 但根系觅养范围与觅养精度之间的权衡关系还不确定; (2)营养异质性会影响入侵植物与本地植物之间的竞争, 反过来, 二者之间的竞争也会影响根系觅养行为对营养异质性的响应; (3)丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能够提高入侵植物的根系觅养能力, 外来植物入侵能够改变入侵植物对AMF的偏好性, 形成AMF对入侵的正反馈作用, 而本地植物与AMF的相互作用也会影响入侵植物的竞争力。未来还应加强营养异质环境下种间竞争和AMF共生对入侵植物根系觅养行为的影响机制研究, 以及全球变化背景下入侵植物根系觅养行为的变化与机制方面的研究, 可以更深入地认识外来植物的觅养行为在其成功入侵中的作用, 并为利用营养调控来防控入侵植物提供理论依据。

      家马的驯化起源与遗传演化特征
      陶克涛, 韩海格, 赵若阳, 图格琴, 芒来, 白东义
      生物多样性. 2020, 28(6):  734-748.  doi:10.17520/biods.2020005
      摘要 ( 622 )   HTML ( 6 )   PDF (1814KB) ( 861 )   附录    知识图谱   收藏
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      人类文明发展历史中, 家马(Equus ferus caballus)曾是推动文化交流、促进人类社会发展的主要动力。关于家马何时、何地被驯化以及在此过程中其遗传演化如何被人类影响等一直备受关注。近年来随着遗传学技术的发展, 人们对该问题有了更为深入的理解。本文回顾了近二十年来相关研究所取得的成果, 探讨了家马的驯化起源中心和驯化过程中的遗传演化特征, 并对未来的研究方向以及遗传资源保护提出了建议。分子标记遗传学和考古学研究认为家马可能来自多个驯化起源地种群, 然而最近的古DNA研究结果表明, 现代家马的驯化起源可能比之前人们所猜测的更加复杂, 古代博泰马被认为是最早被驯化的家马, 然而最近被证实并不是现代家马的直系祖先。如此复杂的驯化问题可能从多学科的层次才能解析清楚。人类社会活动直接或间接影响了家马的演化历程, 特别是工业革命以来家马的遗传基础发生了巨大变化, 其遗传多样性开始急剧衰退, 不少地方品种正逐渐走向衰落甚至灭绝。为确保农业生态安全不受威胁, 建议加强家马遗传资源保护与动物遗传学和文化地理之间的联系研究。

      全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展
      李婷婷, 张西美
      生物多样性. 2020, 28(6):  749-758.  doi:10.17520/biods.2019344
      摘要 ( 272 )   HTML ( 8 )   PDF (916KB) ( 117 )   知识图谱   收藏
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      全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。

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      国家公园的属性结构及其对中国本土实践的启示
      张机, 李鑫
      生物多样性. 2020, 28(6):  759-768.  doi:10.17520/biods.2020001
      摘要 ( 196 )   HTML ( 7 )   PDF (908KB) ( 130 )   知识图谱   收藏
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      虽然“国家公园”概念自19世纪后半叶诞生于美国以来在全球得到了广泛传播, 但学界在国家公园本质属性的认识上还未达成共识。基于人类对事物的认识需要依赖认识其各种属性的观点, 本文对世界各国国家公园的属性和特征进行了对比研究, 然后从本质属性和非本质属性的理论视角构建了国家公园的属性结构。国家公园的本质属性应包括: (1)以自然资源为主的资源类型; (2)具有国家代表性的资源价值; (3)中央或联邦政府管控的管理体制; (4)公益性主导的资源利用。而国家公园的土地权属、面积大小、生态系统、保护重点、旅游设施、原住居民等应列入其非本质属性的范畴。最后, 文章从国家公园的建立、治理和享用3方面探讨了国家公园属性结构对我国本土实践的指导性意义和启示作用。坚持本质属性与非本质属性相结合的属性结构既是对世界各国国家公园建设和管理经验的总结, 也是我国将来正式设立和建设国家公园必须考虑的基本原则。

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