常绿阔叶林的优势类群由于其个体数量多、盖度大、生物量高、生存能力强, 对维持相应生态系统的稳定起着主导作用。樟属(Cinnamomum)植物为亚热带常绿阔叶林的优势类群, 通过对其过去、当前和未来潜在分布区的研究可以了解该类群的变迁历史, 为理解亚热带常绿阔叶林动态变化提供帮助, 有助于亚热带常绿阔叶林保育策略的制定。本研究利用最大熵(MaxEnt)模型模拟了我国樟属47种植物在5个时期(末次间冰期、末次盛冰期、全新世中期、当前和未来)的潜在分布区及物种丰富度热点区域。此外, 根据樟属植物的物种丰富度热点区域与自然保护区相叠加, 对当前自然保护区的保护状态进行了评估, 尤其是为保护亚热带常绿阔叶林而设立的自然保护区。结果表明: 樟属物种的潜在分布区在5个时期变化均不大, 仅在亚热带-温带交界处的各大山脉和平原之间出现局部收缩和扩张; 值得注意的是, 物种丰富度热点区域在5个时期变化明显, 末次盛冰期面积最大, 相较于末次间冰期、全新世中期和当前分别多96%、88%和37%; 未来(~2080年)两种不同温室气体排放典型浓度途径(representative concentration pathways, RCP) (RCP2.6和RCP8.5)下, 樟属物种丰富度热点区域面积将分别比当前收缩8.4%和10.0%, 并且随着温室气体排放的增加, 物种热点区域收缩趋势会更加明显。此外, 本研究发现樟属物种丰富度热点区域主要位于我国四川东南部、贵州南部、广西和广东, 然而仅7.5%位于现有自然保护区内, 未来自然保护区、国家公园等自然保护地的扩建、选址和规划应优先考虑四川东南部和华南地区。

高山植物的繁殖适应策略一直是进化生态学研究的热点, 但是目前仍缺乏对繁殖适应性状的量化研究。本研究以横断山特有十字花科植物高蔊菜(Rorippa elata)为研究材料, 结合野外同质园控制实验, 在居群水平探讨了其繁殖适应策略。结果表明, 高蔊菜的繁殖能力与纬度呈负相关, 而越冬存活率与纬度呈正相关。不同交配方式结实率的显著性差异分析表明, 高蔊菜具有混合交配系统, 其中自交为主型和中间型的株系各占45.5%和39.4%; 不同株系具有不同程度的繁殖保障现象, 自交为主型最高(0.163), 中间型最低(0.011)。本研究表明高蔊菜在居群水平的繁殖和存活之间存在沿纬度梯度的权衡变化, 以自交为主的混合交配系统为其提供不同程度的繁殖保障。

全基因组复制在维管植物的物种形成过程中普遍存在, 被认为是物种适应极端环境的重要机制之一。确定全基因组复制事件的发生时间对理解生物的适应性演化具有重要意义。然而, 在维管植物, 特别是蕨类植物中, 全基因组复制事件的发生时间及其演化意义仍知之甚少。本研究以蕨类植物重要基部类群——福建莲座蕨(Angiopteris fokiensis)为例, 基于不同采样点(广东、广西、上海)的3个转录组学数据, 利用同义替换率(Ks)和绝对定年的方法分析全基因组复制事件的发生时间和物种单位时间内的分子演化速率, 并对事件发生后保留下的基因进行基因功能注释和富集分析。结果表明, 福建莲座蕨在159‒165 Mya发生了一次全基因组复制事件, 该复制事件优先保留的基因主要与营养代谢、信号传导、适应调节和组织结构生长相关。另外, 福建莲座蕨的分子演化速率为1.66 × 10^‒9 (同义替换/位点/年), 是除裸子植物外, 陆生植物中已知演化速率最缓慢的类群。综合以上研究结果, 我们推测福建莲座蕨全基因组复制的发生可能与裸子植物繁盛、核心被子植物集中兴起或托阿尔阶灭绝事件有关。而复制后显著保留基因可能促进了莲座蕨属(Angiopteris)植物的遗传和形态创新, 从而帮助其快速适应环境的剧烈变化。进一步对该类群植物演化速率缓慢的原因进行讨论, 推测莲座蕨属缓慢的演化速率可能与其本身世代周期长、基因组较大及其生长环境稳定有关。本研究通过分析福建莲座蕨的全基因组复制历史和复制基因的保留模式, 推测全基因组复制事件对促进演化速率较慢的植物适应极端环境变化具有重要意义, 可为理解其他陆生植物的适应性演化提供更多启发。

理解植物多样性变化的影响因素一直是群落生态学和生物地理学研究的重要内容。大量研究显示, 植物多样性受到海拔、古气候、现代气候、土壤养分和地上生物量等一系列因素的影响。然而, 很少有研究综合考虑这些因素对植物多样性的影响和相对重要性。本研究以北疆一年生早春短命植物为研究对象, 以2017年和2018年对32个样地调查的物种丰富度为基础, 通过一般线性模型和偏最小二乘通径模型分析了海拔、气候因素(年平均温度、冬季降水、2‒5月降水以及末次冰期以来2‒5月降水变化距平)、土壤养分(pH、土壤有机碳、全氮、全磷、碳氮比、碳磷比和氮磷比)和地上生物量与该类植物物种丰富度平均值的关系及其相对重要性。结果显示: (1)一年生早春短命植物物种丰富度与海拔、年均温度、2‒5月降水、末次冰期以来2‒5月降水变化距平、土壤pH、土壤碳氮比和地上生物量均呈现显著的单峰型关系, 而与冬季降水之间表现为先降低后增加的变化趋势, 表明该类植物多样性同时受到多种因素的影响; (2)海拔、气候因素和土壤养分不仅对该类植物物种丰富度存在显著的直接影响, 也可通过改变地上生物量进而对其物种丰富度产生间接影响; (3)这些因素中, 气候因素是影响一年生早春短命植物物种丰富度的最主要影响因素, 其次分别为地上生物量、海拔和土壤养分。海拔、土壤养分、气候因素及地上生物量共同驱动了北疆地区一年生早春短命植物丰富度的变化。

探究植物功能性状的种内和种间变异不仅有助于揭示植物对环境的适应, 也能够反映植物的生态策略, 但不同菌根类型树木生长过程中根叶形态学功能性状的适应策略仍有待探究。本研究依托中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究平台(BEF-China)选取7种丛枝菌根(AM)树木和7种外生菌根(EM)树木的纯林, 测定各个树种的比叶面积、叶干物质含量、比根长、根系直径、树高生长速率、地径生长速率及细根生物量等根叶形态学功能性状和生长指标, 探讨了两种菌根类型树种间的根叶形态学特征的差异。结果表明: 与AM树种相比, EM树种具有较小的比叶面积、吸收根平均直径和生长速率, 但具有更大的叶干物质含量; 两种菌根树种之间的比根长和细根生物量无显著差异。比叶面积、叶干物质含量、树高生长速率、地径生长速率和细根生物量等功能性状及生长指标在不同菌根类型、树种及二者的交互作用中均存在显著差异; 且树种、根功能型、菌根类型及三者之间的交互作用均对根功能性状有显著影响。EM树种地上指标的种内变异均大于种间变异, 而AM树种地上指标的种内和种间变异程度类似; 但两种菌根树种细根生物量的种间变异均大于种内变异。尽管两种菌根树种地上部分生长速率较快通常表现为较低的叶干物质含量, 但AM树种通常拥有较高的吸收根比根长, 而EM树种拥有较粗的运输根平均直径。吸收根比根长越低, 两类菌根树种的细根生物量就越多。由此可见, 根叶功能性状对植物地上部分的生长具有一定的协同效应, 其中运输根主要在EM树种地上生长过程中发挥重要作用, 吸收根主要与AM树种的地上部分生长有关; 但两类菌根树种的地下细根生物量均与吸收根有关。

依赖于动物传粉获得繁殖成功的植物的分布与其传粉动物的地理分布有着密切联系。预测未来气候变化对植物及其传粉动物地理分布的影响对生物多样性保护具有重要意义。本文通过对中国-喜马拉雅3种黄耆属(Astragalus)植物, 即弯齿黄耆(A. camptodontus)、黑毛黄耆(A. pullus)和笔直黄耆(A. strictus), 及其传粉熊蜂(Bombus)的野外调查, 以及收集来源于数据库的黄耆和熊蜂的543个物种分布点和13个环境因子数据, 结合物种可能出现的完全扩散、不扩散和仅熊蜂扩散3种迁移模式, 利用MaxEnt模型模拟了3种黄耆属植物与2种传粉熊蜂即橘尾熊蜂(Bombus friseanus)和红束熊蜂(B. rufofasciatus)在历史阶段(1970-2000年)和2100年两种温室气体浓度情景(ssp245和ssp585)下的适宜分布区变化。结果表明: 3种黄耆属植物均主要依赖于熊蜂传粉, 黄耆与其传粉熊蜂的主要适宜分布区为中国-喜马拉雅地区, 到2100年它们的分布区呈现向西北方向扩张的趋势, 而在东南部的分布区减少。当模型中考虑与传粉熊蜂的互作后, 3种黄耆属植物的潜在地理分布范围减少了15.83%-83.98%。在温室气体中低浓度情景(ssp245)下, 3种黄耆属植物与其传粉熊蜂的空间匹配增加, 而在高浓度情景(ssp585)下弯齿黄耆、黑毛黄耆与橘尾熊蜂的空间匹配降低; 如果物种不扩散或仅熊蜂扩散, 笔直黄耆与红束熊蜂的空间匹配降低。气候变化和物种的扩散能力可能引起黄耆与其传粉熊蜂出现空间不匹配。同时, 模型预测显示影响黄耆和熊蜂分布的环境因子不同, 但海拔是最主要的环境因子。由于与传粉者的相互作用对许多植物物种的生命周期具有重要意义, 因而本研究可以更好地理解气候变化对植物与其传粉者空间分布的潜在影响, 特别是对那些地理范围受限制的植物。

欧亚水獭(Lutra lutra)是淡水生态系统保护的旗舰物种, 目前三江源或为其在中国仅存的连片栖息地之一。然而, 该区域欧亚水獭基础生态学信息尚属空白, 已开展的工作也多依赖于红外相机而可靠性有待评估。本文基于2018-2020年间在青海玉树通过视频监控系统和红外相机收集到的数据, 在分析区内水獭活动节律的同时, 对红外相机监测的有效性和准确性进行了评估。结果表明, 在玉树, 欧亚水獭在每日17时至次日9时活动频率较高, 每年12月至次年6月间拍摄频率较高; 繁殖期或随每年10月个体交配而开始, 至次年6月幼崽独立而终止。红外相机约可捕获69.18%的水獭出现事件, 且拍摄率随事件持续时间的延长而提高; 通过红外相机可以准确地描述出水獭活动节律, 仅有约半数红外相机影像可以准确还原事件主题(56.28%)和多只个体参与的事件中的个体数量(49.35%)。因此, 在使用红外相机对欧亚水獭进行行为学研究时应对这一情况进行充分考虑。

建立游憩可持续性管理评估指标体系, 对于引导青藏高原国家公园群科学规划与建设、推行游憩可持续性管理、规范市场主体和访客的行为、保护当地重要而脆弱的生态环境极为重要。本研究在对国家公园群潜在建设区科学考察的基础上, 以需求为导向, 分析国家公园群对游憩可持续性管理评估指标的需求; 以全球共识为导向, 分析《全球可持续旅游目的地标准》在国家公园群的适用性; 以经验为导向, 梳理世界主要国家国家公园群游憩可持续性的管理重点; 在此基础上, 建立了青藏高原国家公园群游憩可持续性管理评估指标体系。所建立的指标体系包括制度建设、经济、社会、文化、生态环境5个一级指标, 15个二级指标, 34个三级指标。所提出的评估指标体系具有区域特色, 以及代表性、系统性与务实性特征。国家公园群游憩可持续性管理评估指标体系的应用需要得到监测、统计体系的有力支撑, 而国家公园群潜在建设区相关领域基础普遍薄弱, 为了更好地应用游憩可持续性管理评估指标体系, 建议完善监测、统计体系。一方面, 需要优先加强对各国家公园潜在建设区访客数量、珍稀特有物种、水环境质量、植被覆盖率、文化遗产原真性和完好度等方面的监测工作; 另一方面, 需要优先加强对各国家公园潜在建设区访客属性、访客满意度、当地社区满意度、游憩对当地经济社会发展的贡献、游憩废弃物处理率等方面的统计工作。

度量样方间物种组成的差异, 即β多样性, 是生态学研究中的常用手段。在开展生态学研究的过程中, 不同样方获取的样本量通常不同。使用物种稀疏曲线可以计算不同样本量的α多样性, 但常用的β多样性指数的计算却没有考虑样本量的差异。本文主要介绍了从稀疏曲线演化而来的可以计算不同样本量的β多样性指数——预期共享物种数(expected species shared, ESS)及其标准化后的指数, 其中详细介绍了弦标准化的预期共享物种数(chord-normalized expected species shared, CNESS)。利用真实采集的数据集, 本文演示了在不同样本参数m下, CNESS经过主坐标分析(principal coordinates analysis, PCoA)的二维排序结果, 并比较了样本量变化后, CNESS与基于多度的Chao-Jaccard相异性指数之间的差异。模拟结果表明, CNESS指数与Chao-Jaccard指数的PCoA结果具有相关性, 该相关性不随m值的变化而变化。CNESS指数较Chao-Jaccard指数具有更多优势, 通过调节样本参数m, CNESS的结果可以分析优势种或者稀有种的物种组成差异, 同时CNESS指数对样本量不敏感。ESS系列相异指数是基于物种多度的计算, 适用于样本量不一致时的β多样性研究, 建议在开展昆虫等无脊椎动物的生态学研究中使用此指数。为了更加准确地获得样方之间的物种组成差异, 在数据分析的过程中应选取不同大小的m值计算CNESS。然而, 由于样本量小于特定m值的样方会在计算中被剔除, 因此, 在实际的取样工作中, 每个样方都应该尽量采集到足够多的个体, 才能保证在m值足够大的时候也不丢失样方信息。

物种名录是一个地区生物多样性的本底性资料, 及时更新生物物种名录对生物多样性的保护及促进基础数据共享都具有重要意义。为了及时总结安徽省苔藓植物的分类学研究成果, 本文通过对文献的收集和分析, 整理出安徽省苔藓植物名录。结果显示, 安徽省共有苔藓植物95科253属777种, 其中角苔类3科3属3种, 苔类36科62属185种, 藓类56科188属589种。种数多于25的科为青藓科、细鳞苔科、丛藓科、真藓科、灰藓科、提灯藓科、白发藓科、绢藓科和蔓藓科。种数多于15的属为青藓属(Brachythecium)、真藓属(Bryum)、绢藓属(Entodon)、光萼苔属(Porella)、羽苔属(Plagiochila)、灰藓属(Hypnum)、凤尾藓属(Fissidens)、棉藓属(Plagiothecium)和耳叶苔属(Frullania)。区系成分组成上, 安徽苔藓植物以东亚成分占优势, 达到44.40%, 温带成分占31.53% (其中以北温带型最多, 占25.61%), 热带成分占18.92% (其中以热带亚洲成分最多, 达到10.30%)。安徽省共有中国特有苔藓55种, 濒危种1个, 易危种8个。安徽苔藓植物调查呈现出地区不均衡性, 建议在广泛调查的同时加强名录修订和专科专属研究, 对有条件的地区开展时空变化下物种多样性比较研究。

2017年4月至2019年10月, 利用红外相机在四川雪宝顶国家级自然保护区开展了野生动物调查工作。共在152个位点上布设了红外相机, 累积30,792个相机日, 共获得独立照片6,316张。共鉴定出野生动物105种, 包括27种兽类(隶属于4目13科)和78种鸟类(隶属于5目20科)。其中, 属于国家Ⅰ级重点保护的野生动物有7种, 分别是川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)、大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、林麝(Moschus berezovskii)、四川羚牛(Budorcas tibetanus)、红喉雉鹑(Tetraophasis obscurus)、绿尾虹雉(Lophophorus lhuysii)和金雕(Aquila chrysaetos); 属于国家II级重点保护的野生动物有11种, 包括藏酋猴(Macaca thibetana)、藏雪鸡(Tetraogallus tibetanus)等。分析结果显示, 拍摄率最高的前5种兽类依次是中华斑羚(Naemorhedus griseus)、岩羊(Pseudois nayaur)、岩松鼠(Sciurotamias davidianus)、野猪(Sus scrofa)和猪獾(Arctonyx collaris); 拍摄率最高的前5种鸟类依次是血雉(Ithaginis cruentus)、雪鹑(Lerwa lerwa)、藏雪鸡(Tetraogallus tibetanus)、红腹角雉(Tragopan temminckii)和绿尾虹雉。此外, 红外相机还在26个位点上拍摄到了家畜, 在22个位点上拍摄到了人为活动。

红外相机技术已成为野生动物监测的一种有效手段, 在自然保护区物种资源的清查中具有重要的应用价值。为了进一步完善江西武夷山国家级自然保护区鸟兽的编目信息, 2016年11月至2018年8月, 我们按样线法布设了52台红外相机进行连续监测。本次调查累计18,417个相机工作日, 拍摄到独立有效照片8,908张, 记录到野生兽类与鸟类共62种, 其中兽类20种, 隶属5目13科, 鸟类42种, 隶属5目14科。国家I级重点保护野生动物有2种, 即黑麂(Muntiacus crinifrons)和黄腹角雉(Tragopan caboti), 国家II级重点保护野生动物有亚洲黑熊(Ursus thibetanus)、毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)和中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii)等10种。被IUCN红色名录评估为易危的有4种, 近危的5种。兽类相对多度指数居于前三位的依次为小麂(Muntiacus reevesi)、藏酋猴(Macaca thibetana)和野猪(Sus scrofa); 鸟类相对多度指数位于前三位的是白鹇(Lophura nycthemera)、紫啸鸫(Myophonus caeruleus)和黑领噪鹛(Garrulax pectoralis)。物种相对多度指数沿海拔梯度呈现中部高、两侧低的单峰模式, 以800-1,200 m的区域最高。本文结果可为保护区的野生动物资源清查提供基础数据, 也为后续保护区管理政策的制定提供参考。

2016年8月至2019年2月, 我们利用红外相机对海南尖峰岭60 ha森林动态监测样地的鸟类和兽类进行了调查。共在79个位点上布设了红外相机, 累积27,848个相机日, 获得可鉴定到物种的独立有效照片15,320张。经鉴定, 共拍摄到46种野生动物, 包括16种兽类(隶属于6目11科)和30种鸟类(隶属于8目16科)。其中, 属于国家I级重点保护的野生动物有3种, 即海南孔雀雉(Polyplectron katsumatae)、海南山鹧鸪(Arborophila ardens)和中华穿山甲(Manis pentadactyla), 属于国家II级重点保护的野生动物有6种, 分别是猕猴(Macaca mulatta)、巨松鼠(Ratufa bicolor)、红原鸡(Gallus gallus)、白鹇(Lophura nycthemera)、松雀鹰(Accipiter virgatus)和蓝背八色鸫(Pitta soror)。拍摄率最高的前5种兽类依次是帚尾豪猪(Atherurus macrourus)、红腿长吻松鼠(Dremomys pyrrhomerus)、白腹巨鼠(Leopoldamys edwardsi)、赤腹松鼠(Callosciurus erythraeus)和赤麂(Muntiacus vaginalis);前5种鸟类依次是白鹇、海南孔雀雉、蓝背八色鸫、海南山鹧鸪和栗颊噪鹛(Garrulax castanotis)。本研究补充调查了海南尖峰岭国家级自然保护区兽类和鸟类的多样性, 与之前的基线调查对比分析了大样地内野生动物物种及其相对多度的动态变化, 可为保护区生物多样性监测方案设计和保护对策的制定提供科学依据。

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化, 从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制, 首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路, 以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。 植物从营养生长向繁殖转变时, 其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究, 总结出了调控植物开花时间的6条通路, 包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路, 长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路, 高温或低温环境影响开花的温度通路, 以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1), 整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织, 从而启动开花。此外, 非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史, 理论相对成熟。然而, 仍然存在许多具有争议和未解决的问题, 如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等, 需要更进一步的研究。

人们对动物体色的研究由来已久。作为一类让生物呈现出多变色彩的重要色素, 类胡萝卜素可以在鸟类的羽毛、鸟喙和皮肤等体表组织中沉积, 产生红、橙、黄、粉、紫等颜色。类胡萝卜素不能在鸟类体内合成, 需从食物中摄取, 进而在体内完成吸收、运输、代谢和沉积等一系列过程, 才能用于羽毛着色。与类胡萝卜素着色相关的生理及遗传调控机制一直备受关注, BCO2、SCARB1和CYP2J19等影响类胡萝卜素在鸟类羽毛中着色的关键基因, 推动了对羽色遗传调控机制的深入认识。本文介绍了鸟类可利用类胡萝卜素的主要类型和基本特征, 综述了类胡萝卜素着色相关的生理过程以及调控基因研究的最新进展, 旨在增加对鸟类羽毛中类胡萝卜素着色过程和相关遗传机制的理解。

隆水蚤科以其丰富的个体数和多样性成为海洋水体生态系统中极为重要的小型桡足类, 但其分类学和多样性研究仍有较大不足, 其生态功能及在生态系统中的地位存在被低估的可能。为了提升对隆水蚤科的认识, 本文对国际隆水蚤科分类学和物种多样性研究进展、隆水蚤科的物种多样性研究难点和技术发展趋势、隆水蚤科的分布和生态等方面研究进行概述。19世纪末Giesbrecht创建隆水蚤科, 随后该科的新物种不断被发现和描述, 目前已描述115种。中国海仅记录到隆水蚤科物种11种, 相关生态学研究较薄弱。隆水蚤科由于个体小, 许多物种间具有高度的形态相似性, 并且包含很多姐妹种及种内分型, 因此许多研究将传统分类鉴定手段与分子生物学技术相结合, 以提高物种的发现和描述效率。随着研究的不断深入, 有关隆水蚤科物种的分布特征、食性特征、种群特征和行为学特征等均得到不同程度的关注, 这都将提高隆水蚤科研究的广度和深度。随着研究技术的迅速发展以及许多设备先进的科学考察船和载人潜水器被用于海洋研究, 从近海、边缘海到深远海研究的协同发展, 海洋生物样品资源不断丰富, 这将带动我国分类和多样性研究快速发展, 使隆水蚤科的分类学研究不断深入。