为了克服单纯依据形态特性鉴定品种的局限性, 我们开展了莲品种DNA指纹图谱构建研究, 旨在对其品种的快速准确鉴定及专利权保护等起一定作用。本研究以圆明园保存的72个莲品种为实验材料, 用来自不同地点的1,409份野生莲(Nelumbo nucifera)和58份美洲黄莲(N. lutea)群体样本作遗传背景参照。从104对核微卫星引物(nSSR)中筛选出15对, 从17对叶绿体微卫星(cpSSR)引物中筛选出2对, 共17对引物作为72个莲品种DNA指纹鉴定的条码。15对nSSR引物共检测到94个等位基因(平均6.27个), 其中11个属于美洲黄莲, 65个属于野生莲, 18个不能区分; 多态信息含量(PIC)介于0.3899-0.8023之间 (平均0.5748)。2对cpSSR引物共检测到13个单倍型, 其中9个属于野生莲, 4个属于美洲黄莲。全部17对引物标记结果显示, 共有19个品种含有美洲黄莲遗传组分, 其中8个母系来源于美洲黄莲; 有36个品种(涉及12对引物)具有至少1个特有基因型; 最少8对引物组合可完全区分开68个品种。有2组共4个品种组内全部17对引物均不能区分。本研究通过核心引物组合法使68个莲品种获得特异性DNA指纹。推荐13对nSSR和2对cpSSR共15对引物作为莲品种鉴定的核心条码, 并建议将形态特征与DNA指纹相结合作为莲品种的鉴定标准。

通过查阅和整理相关文献资料, 分析了中国入侵克隆植物的入侵性、克隆方式及地理起源等。目前, 在中国的515种入侵植物中, 克隆植物至少有196种, 占总数的38.1%。这些入侵克隆植物隶属46科, 其中禾本科、菊科和豆科植物占多数, 以人为有意引入为主。在入侵危害等级1-5中, 属于第5等级(有待观察类)的克隆植物占多数。卡方分析表明, 中国入侵植物的危害等级与其是否具有克隆性关系不显著, 但显著依赖于其是否具有根状茎。多年生和1-2年生草本植物构成中国入侵克隆植物的主体, 分蘖型、匍匐茎型和根茎型等繁殖方式在草本类入侵植物中较为常见。多数入侵克隆植物地理起源上来自美洲地区。这些结果表明, 在我国今后引种活动中需要格外警惕根状茎型克隆植物以及美洲起源的克隆植物。此外, 由于现有文献资料有待完善, 入侵克隆植物的数量和比例可能被低估。因此, 在今后工作中应加强入侵植物的野外生长观测, 进而确切判定中国入侵克隆植物的数量和比例。

通过2014-2015年两次冬季野外调查, 将收集的79处马鹿(Cervus elaphus)出现信息作为分布点数据, 选取地形、景观类型、植被特征和人类干扰4类19种因子作为环境变量, 利用最大熵(maximum entropy, MaxEnt)模型, 分析了小兴安岭铁力林业局辖区马鹿种群冬季潜在适宜生境分布特征和主要环境因子对马鹿分布的影响。结果显示: 模型预测精度较高, 训练集与验证集的平均AUC(area under the curve, 受试工作者曲线下面积)值分别为0.949和0.958; Jackknife检验结果表明: 景观类型因子对马鹿生境选择的影响较大; 坡向、距大路距离、距混交林距离、距灌草地距离和距农田距离是影响马鹿生境分布的主要环境因子, 其综合贡献值依次为27.8%、23.9%、19.5%、15.3%和10.4%; 距小路距离对马鹿分布影响较小。我们依据MaxEnt模型最大约登指数, 找到最佳中断点0.22作为阈值将马鹿冬季栖息地划分为适宜和不适宜两个等级, 其面积分别为663.49 km²和1,378.85 km², 分别占研究区总面积的32%和68%。马鹿的适宜生境主要分布在铁力林业局辖区的东部山地和中部林地等区域; 南部地区接近铁力市区, 人类活动频繁, 不适宜马鹿栖息。对马鹿种群的保护管理措施提出3点建议: 控制人为干扰; 构建多样性景观; 优先保护马鹿的潜在适宜生境分布区。

森林生态系统地上生物量的分布格局是物种分布格局的重要内容。局域尺度内因地形差异引起的生境异质性是地上生物量分布格局形成的环境基础。本文以弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha动态监测样地2011年第一次普查数据中每木个体为研究对象, 尝试以每20 m × 20 m样方内所有个体及不同径级类群的胸高断面积之和为木本植物地上生物量的衡量指标, 利用广义可加模型对喀斯特季节性雨林中胸高断面积之和的空间分布格局进行研究, 定量分析了其对7个地形因子的响应。结果表明, 洼地、山坡和山脊3种生境类型中, 所有个体的胸高断面积之和山坡最高、山脊最低, 且山脊与山坡、洼地的差异均显著; 广义可加模型结果显示, 不同地形因子对胸高断面积之和的解释偏差差异明显, 其中海拔、坡向、凹凸度、岩石裸露率对胸高断面积之和的解释偏差依次降低, 而干旱度指数、坡度和地形湿润指数解释偏差相对较小。喀斯特季节性雨林木本植物胸高断面积之和空间分布的异质性及其与地形因子之间的关系, 反映了胸高断面积之和在地形因子对土壤、水分和光照等条件重分配影响下的多重响应机制及生长策略。

全球范围内森林片断化现象日益严重。与其他木本植物(乔木和灌木)相比, 木质藤本更趋向于分布在片断化森林的边缘, 因而了解木质藤本对边缘效应的响应对于进一步了解其对森林动态的影响极其必要。本文对哀牢山中山湿性常绿阔叶林林缘到林内环境梯度上木质藤本的变化进行了调查。在形成年龄分别为13年、35年和53年的3种类型的林缘, 设置从林缘向林内连续延伸的长方形样地(20 m × 50 m)各10个(总面积3 ha), 每个样地再划分为5个20 m × 10 m的样方。在每个样方内对胸径≥ 0.2 cm且长度≥ 2.0 m的木质藤本进行了每木调查。在3 ha的林缘样地中共记录到木质藤本植物2,426株, 隶属于14科19属31种。木质藤本的物种丰富度和多度均随距林缘距离的增加而降低, 边缘效应深度在35年林缘的边缘为30 m, 13和53年林缘的边缘则为20 m; 它们的胸高断面积在53年林缘的边缘效应深度为20 m, 但在13和35年林缘的不同距离上差异不显著。木质藤本对边缘效应的响应在物种水平上存在显著差异, 主要呈现正向和中性的响应格局, 包括只分布于林缘的物种, 和从林缘到林内环境梯度上密度逐渐降低的物种; 也有对边缘效应不敏感的物种。典范对应分析(CCA)表明, 林冠开度、边缘形成年龄和土壤水分是决定木质藤本在片断化森林边缘分布的重要影响因子。

为了准确评价我国北方沿海地区生物多样性状况, 研究社会经济发展对生物多样性的影响, 我们选择辽宁省长海县开展研究。长海县是中国唯一的海岛边境县, 也是我国北方著名的渔业县, 捕捞、海水养殖为长海县的支柱产业, 境内海洋生物资源丰富。我们收集和监测2004-2013年间长海县的社会经济、生态环境和环境保护等数据, 以压力-状态-响应框架模型(PSR框架模型)为基础, 筛选出19项指标组成长海县海洋生物多样性评价指标体系。运用层次分析法确定各指标的权重, 并计算海洋生物多样性指数, 结果发现: 2004年海洋生物多样性指数为历年最大, 达0.660, 评价等级为良; 2013年为历年最小, 只有0.471, 评价等级为中。2004-2007年的海洋生物多样性状况要好于2008-2013年。分析其中的压力、状态和响应指标的变化, 发现构成压力指标的工业废水排放量、固定资产投资额、外来物种养殖产量、旅游人数和海上货运量等诸多指标的归一化值多年来均呈明显的下降趋势, 说明生物多样性压力呈加大的趋势, 对长海县的生物多样性状态存在潜在的影响。

全球变化和人类活动引起的生物多样性丧失将会对生态系统功能产生诸多不利影响, 如生产力下降、养分循环失衡等。因此, 始于20世纪90年代的生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning, BEF)研究一直是生态学界关注的热点。然而, 随着研究的深入, 人们逐步认识到生态系统并非仅仅提供单个生态系统功能, 而是能同时提供多个功能, 这一特性被称之为“生态系统多功能性” (ecosystem multifunctionality, EMF)。尽管有此认识, 但直到2007年, 研究者才开始定量描述生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)的关系。目前, BEMF研究已成为生态学研究的一个重要议题, 但仍存在很多问题和争议, 如缺少公认的多功能性测度标准、生态系统不同功能之间的权衡问题等。本文概述了BEMF研究的发展历程、常用的量化方法、EMF的维持机制和不同研究视角下BEMF的关系。针对现有研究中的不足, 本文还总结了需要进一步深入研究的地方, 特别强调了优化EMF测度方法和研究不同维度生物多样性与EMF间关系的重要性, 以期对未来的BEMF研究有所帮助。

生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)之间的关系是目前生态学研究的一个热点, 其中, 生态系统多功能性(EMF)的测度方法是研究该问题的技术关键。由于缺乏统一的认识, 目前存在多个多功能性的测度方法, 这使人们对生物多样性与生态系统多功能性之间关系的理解复杂化。本文介绍了国际上常用的单功能法、功能-物种替代法、平均值法、单阈值法、多阈值法、直系同源基因法和多元模型法的原理及其特点, 并对其中较难理解的多阈值法进行了举例说明, 希望能对理解EMF的测度方法有所帮助。本文按不同的EMF测度方法对已发表的有关文章进行了归类, 以期帮助读者更好地选择EMF的测度方法。由于缺乏相对统一的、代表各个层次的生态系统功能的测度方法, 导致不同的研究结果难以相互比较, 严重限制了生物多样性与生态系统多功能性研究的发展; 所以, 研发新的、具有普遍适用性的EMF测度方法已成为当务之急。

随着观测技术的发展, 生态学研究尺度不断扩大。生态系统观测从小规模合作、短时间个人观测向大规模、长时间、跨学科、多因子联合观测转变。传感器技术的革新带来了生态观测在时空尺度的扩展与精确度上的提升, 致使生态学观测数据的容量、产生速度与数据种类飞速增长。对生态系统数据获取、存储与管理的传统方法无疑不再能满足现代生态学研究的要求。因此, 我们建议以大数据时代的数据存储、管理与处理技术为基础, 整合生态物联观测网络(Internet of Ecology)、公民科学观测网络以及基于标准化数据管理的研究者网络互联, 建立整合生态系统观测平台来应对这一困境。为生态学研究者打造一站式生态观测服务, 是大数据时代下生态系统观测的大势所趋。

以金虎尾科植物地理分布格局及迁移历史总结出来的“金虎尾路线”, 是解释热带植物洲际间断分布与长距离扩散格局的重要模式。金虎尾路线阐明了金虎尾科植物历史时期7次独立的从起源中心(南美洲)向旧世界(非洲和亚洲)的洲际长距离扩散事件。本文总结了金虎尾路线植物起源地与扩散地主要类群的花部特征与传粉系统, 以探讨这些类群及类似植物长距离扩散后的花进化与传粉转变等适应规律。金虎尾科的南美洲类群都有分泌油脂的萼片腺体, 花的形态结构非常保守, 是与美洲当地特有的条蜂科集油蜂长期协同进化的结果。金虎尾科的非洲类群花保守性消失, 花白色、辐射对称且无萼片腺体, 繁育系统为雄花-两性花异株(功能性的雌雄异株), 传粉者是采集花粉的蜜蜂科昆虫。亚洲的一些属发生了类似非洲类群的泛化适应转变, 但风筝果属(Hiptage)出现了镜像花、异型雄蕊和极度反折的花瓣, 且传粉者是亚洲特有的大蜜蜂(Apis dorsata), 显示出了非常特化的适应性转变。风筝果属所在支系的现存类群涵盖了南美洲、中美洲、非洲和亚洲等地的地方特有属, 体现了金虎尾路线整个迁移历史过程, 是认识金虎尾路线及其进化适应规律的关键类群, 值得在今后的研究中加以重视。

物种编目及其科属系统排列是了解生物多样性的基础, 本文采用Flora of China使用的分类系统, 结合最新分子分类学研究成果以及近几年发表的新资料, 对中国石松类和蕨类植物多样性和地理分布数据进行了统计和分析。结果表明中国共有石松类和蕨类植物40科178属2,147种5个亚种118个变种, 其中特有种839个, 占总种数的39.08%。种数最多的5个科依次为鳞毛蕨科(505种, 含种下单位, 下同)、蹄盖蕨科(323种)、水龙骨科(280种)、凤尾蕨科(266种)和金星蕨科(209种); 种数最多的5个属依次为耳蕨属(Polystichum, 209种)、鳞毛蕨属(Dryopteris, 176种)、蹄盖蕨属(Athyrium, 137种)、双盖蕨属(Diplazium, 98种)和凤尾蕨属(Pteris, 97种)。在地理分布上, 种数排名前5的省份为云南(1,365种)、四川(875种)、贵州(838种)、广西(785种)和台湾(779种)。含中国特有石松类和蕨类植物的科属中, 排前3位的科分别为鳞毛蕨科(257种)、蹄盖蕨科(169种)和凤尾蕨科(113种); 排前3位的属为耳蕨属(140种)、蹄盖蕨属(82种)和鳞毛蕨属(61种)。

随着人类对海洋资源开发利用强度的增加, 海洋生物多样性的养护面临着更大挑战。《联合国海洋法公约》及其执行协定已不能较好地应对这些挑战。为此, 联合国大会决定成立工作组, 拟订新的国际协定, 以解决国家管辖范围外海域生物多样性的养护与可持续利用问题。建立国家管辖范围外海洋遗传资源的获取和惠益分享机制是该议题的焦点问题之一, 但是目前各国对新的国际执行协定应当包含哪些要素还缺乏共同理解。本文通过分析《生物多样性公约》、《名古屋议定书》及《粮食和农业植物遗传资源国际条约》等与遗传资源获取和惠益分享相关的国际条约在遗传资源的定义、管辖范围、获取条件及惠益分享要求等方面的异同, 提出对海洋遗传资源获取和惠益分享机制的构建建议: (1)国家管辖范围外的海洋遗传资源不可自由获取; (2)海洋遗传资源的定义应当涵盖海洋生物代谢生成的海洋天然产物; (3)惠益分享责任适用于在新执行协定生效前获取, 但在其生效后进行开发利用的遗传资源; (4)获取活动都应得到主管当局批准, 并签订材料转让协议或共同商定条件; (5)应为非商业化的获取活动制定简化程序, 在人类健康、粮食安全等受到重大威胁而急需获取海洋遗传资源时, 也应适用简化程序, 但后续商业化活动须分享惠益; (6)针对海洋遗传资源的不同研发环节, 设置惠益分享类型, 并就后续利用进行披露和监测, 确保惠益得到分享。

合成生物学技术和产品因其广阔的应用前景和难以预知的生态风险, 受到各国的广泛关注。2014年10月在韩国平昌召开的《生物多样性公约》第十二次缔约方大会上, 合成生物学首次被作为正式议题进行讨论。本文梳理了《生物多样性公约》框架下合成生物学从提出到成为“新的与正在出现的议题”的过程, 分析了《生物多样性公约》在该议题上对缔约国的最新要求, 以及我国合成生物学技术发展和风险评估现状。当前我国合成生物学研究处于起步阶段,近年来的科研投入不断增大,但距离成熟的商业化仍有相当距离。我国对相关技术风险评估能力欠缺,且尚未明确负责其生物安全管理的主管部门。本文提出了以严控风险、适度鼓励研究开发和要求发达国家提供更多技术支持的谈判对策, 以及明确合成生物学安全风险管理的政府主管部门、通过技术开发以推动风险评估、构建国家合成生物学数据库和建立专业风险评估团队等履约建议。