传粉是生态系统中一项关键服务, 准确识别和分析传粉者携带的花粉对于理解植物‒传粉者交互作用以及传粉服务至关重要。传统的花粉识别方法依赖于显微镜下的人工直接观察, 这种方法耗时且需要专业知识, 限制了其在大规模应用中的效率, 在评估传粉效率和稀有植物‒传粉者连接方面存在局限性。针对此问题, 我们使用公共平台训练了基于河南洛阳市天池山国家森林公园14种同时开花植物的花粉识别人工智能(AI)模型, 通过比较人工显微镜观察和AI模型识别142只传粉者身体携带的花粉构成, 首次探讨了两种方法构建的植物‒传粉者互作网络的结构差异。结果表明AI模型在构建时能够达到96%的整体准确率。人工识别与AI模型在识别的连接数量、花粉数量以及图片一致率方面存在差异。AI模型在识别连接和花粉数量上略高于人工方法, 并且在第三方的一致性检验中, 超过半数的情况倾向于AI模型的结果。尽管存在一些独有连接的差异, 人工识别与AI模型构建的定量网络在结构特征上展现出高度的相似性。本研究揭示了AI图像识别技术对提高花粉分析效率和准确性的作用, 以及应用于植物‒传粉者互作研究的潜力, 这将有助于传粉网络研究的大规模开展, 为传粉生态学研究提供新的工具和视角。

特化传粉系统通常被认为是一种高效的植物与传粉者互作的关系, 但即使是高度特化的花朵也经常接受非传粉者的访问。当前的特化传粉系统研究主要关注于植物与特定传粉者的相互作用, 往往忽视了其他访花者的潜在影响。海芋(Alocasia odora)与芋果蝇属(Colocasiomyia)物种是典型的高度特化传粉互惠关系, 但海芋花序仍存在许多其他的访花者类群, 它们对传粉过程的影响尚不清楚。通过访花者筛除实验, 本研究证实了海芋的授粉过程必须有海芋果蝇(C. alocasia)或异海芋果蝇(C. xenalocasiae)的参与。除此以外, 海芋花序上还观察到包括露尾甲科、蜜蜂科、隐翅虫科和跗线螨科等类群的访花者, 共计10种。繁育系统实验表明, 海芋的自交不亲和性是由空间和时间上的雌雄分离造成的。因此, 尽管其他访花者未直接对海芋结实率做出贡献, 但它们对花粉和雄花不育区分泌物报酬的取食行为仍可能整体上减少了有效花粉资源, 并与传粉者竞争报酬资源, 进而间接影响有效传粉者的传粉行为。本研究为特化传粉理论提供了新视角, 未来研究应更全面考虑访花者的整体作用。

雌雄异株是有花植物雌雄性别功能在个体水平上由结合到分离的重要进化转变之一, 发生于被子植物的多个科属。雌雄异株物种的雌雄个体通常在分布、形态等方面存在差异。研究其雌雄个体的空间分布及性别二态性, 是理解雌雄异株物种繁殖策略及其适应与进化的重要前提。天南星属(Arisaema)是天南星科内已报道唯一存在雌雄异株且较为进化的类群, 一把伞南星(A. erubescens)是该属中不同性别个体存在差异的多年生草本植物。本文以湖南省八大公山国家级自然保护区内分布的一把伞南星为研究对象, 通过研究其雌雄个体的空间分布、花期物候、形态结构及访花者类群, 以期明确该物种雌雄植株的空间关联性以及花期物候、形态结构的性别二态性。结果表明: 一把伞南星群体内性比均呈极显著雄性偏倚, 雌雄个体在小尺度范围呈聚集分布, 但在较大尺度上呈随机分布; 雄性个体比雌性个体更早进入花期, 置换多元方差分析显示雌雄植株间形态特征存在显著差异, 其中假茎基径、佛焰苞管部直径、花序基径、花序柄直径等特征对性别二态性有重要贡献; 主要传粉者为白天活动的菌蚊科菌蚊属(Mycetophila)的蕈蚊, 其对雄株的访问频率极显著高于雌株。这些结果表明: 雌雄异株物种一把伞南星不同性别植株的空间关联与其传粉者蕈蚊的活动习性相匹配, 其开花物候、形态特征及传粉者访问等方面的性别二态性是对繁殖成功的保障。

生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要。表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能, 目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚。本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus semicordata)雄花期果内的传粉榕小蜂窝榕小蜂(Ceratosolen gravelyi)为研究对象, 利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)解析雨季、雾凉季和干热季中雌、雄成虫表皮碳氢化合物的种类及含量, 运用非度量多维尺度排序、相似性分析、置换多元方差分析和随机森林等方法分析了窝榕小蜂表皮碳氢化合物对不同季节变化的响应机制。结果表明: (1)窝榕小蜂表皮碳氢化合物由34种C7-C44的化合物组成, 包括正链烷烃、甲基烷烃、烯烃和甲基烯烃; 其中角鲨烯(squalene)、2-甲基二十八烷(2-Me-C28)、正三十四烷(n-C34)、正三十六烷(n-C36)和正四十四烷(n-C44)为主要成分(> 5%)。(2)不同性别窝榕小蜂表皮碳氢化合物的组成及含量存在显著差异, 正四十二烷(n-C42)、17-三十五烯(17-C35:1)、1-二十九烯(C29:1)、2-Me-C28和角鲨烯是造成两性差异的重要贡献量化合物。(3)雌、雄成虫表皮碳氢化合物均具有明显的季节变化: 在干热季中, 雌蜂正链烷烃(n-C34、n-C36和n-C44)的比例及碳氢化合物的总绝对含量增加, 2-Me-C28和角鲨烯的比例降低; 雄蜂甲基烯烃的比例增加, 正链烷烃和甲基烷烃的比例降低, 碳氢化合物总绝对含量无明显变化。本研究发现窝榕小蜂表皮碳氢化合物具有明显的性二型和强烈的季节可塑性, 2-Me-C28和角鲨烯可作为雄蜂配偶识别时的候选性信息素; 雌、雄成虫在适应高温和/或干燥的气候条件时存在差异化响应, 表明窝榕小蜂两性表皮碳氢化合物在不同季节变化中采取不同的适应性策略。本研究揭示了榕小蜂应对不同气候环境的化学适应机制, 为研究昆虫双重性状和理解生态适应与物种形成之间的功能联系奠定了化学基础。

两型闭花受精现象是指在植物个体发育的不同时期或不同部位会形成两种形态完全不同的花, 即异花传粉的开放花(chasmogamous flower, CH)与自花传粉的闭锁花(cleistogamous flower, CL)。维西堇菜(Viola monbeigii)与裂叶堇菜(V. dissecta)在早春时期为CH花, 夏季为CL花, 光周期可能调控着两种花型的发育。本研究对维西堇菜和裂叶堇菜不同光周期下的花型进行了形态观察与统计, 以探究光周期对两种花型发育的调控作用, 并阐明两种花型不同发育阶段的主要形态差异。结果表明: 维西堇菜和裂叶堇菜的CH和CL花的差异主要体现在花瓣与雄蕊的大小与数量、蜜腺体的有无、花丝长短、柱头有无弯曲等方面。CH花5个花瓣, 下花瓣有一长距, 5枚雄蕊, 花丝很短, 2枚雄蕊背部的蜜腺体伸入下花瓣形成的距中, 雌蕊花柱直立并高于雄蕊; CL花雄蕊2枚, 花丝较长, 无蜜腺体, 其余雄蕊与5个花瓣均为原基状, 雌蕊的柱头通常弯向2枚发育最好的雄蕊。另外存在着花瓣与雄蕊数量介于CH与CL花之间的过渡闭锁花(intermediate cleistogamous flower, inCL), 其花部特征与闭锁花一样, 花萼一直包裹着其他3轮花器官。中短日照(12 h及以下光照)下诱导的花芽大部分为CH花, 长日照(16 h光照)下诱导的大部分花芽为完全CL花。两个物种的CH花与CL花在4轮花器官原基形成后出现明显的形态差异, 并随着花芽发育的成熟, 形态差异更加明显。本研究揭示了光周期对维西堇菜与裂叶堇菜CH和CL花发育的调控作用, 阐明了CH与CL花出现明显差异的时期与具体形态差异, 为堇菜属两型闭花受精适应性进化研究提供了理论依据。

隐性雌雄异株指植株表型为非雌雄异株, 但形态上两性花通常雄性不育或雌性不育, 植株个体实际仅行使雌性或雄性功能。两性花植株向雌雄异株的转变在被子植物中广泛存在, 隐性雌雄异株作为潜在的中间阶段对于理解植物性系统的演化具有重要意义。据APG IV分类系统, 这些物种在被子植物的22目36科65属约221种植物中有过报道, 分别约占被子植物总目数的34.4%、总科数的8.7%、总属数的0.5%和总种数的0.1%; 多为分布于热带或亚热带地区依靠生物传粉的木本植物, 且至少存在花蜜或花粉作为访花报酬。该性系统形态学的性表达类型多样: 可分为雄花两性花异株(类型I)、两性花植株(类型II)、雌花两性花异株(类型III)及其他类型(类型IV) 4种, 分别约占已报道隐性雌雄异株物种数的48.9%、47.5%、2.7%和0.9%。从系统发育看, 该性系统在被子植物木兰分支、单子叶植物分支及真双子叶植物分支均有分布, 且主要分布于较为进化的核心真双子叶植物类群中。隐性雌雄异株物种不育性器官的进化意义存在多种假说, 包括祖先假说、遗传约束假说、促进风媒花粉落置假说、传粉者吸引假说、拟态与欺骗假说等, 但相关实证研究较少。本文对隐性雌雄异株物种不同类群的性表达形式、不育性器官败育类型进行了归纳, 并对具该性系统的类群在被子植物中的分布与系统演化进行了分析与总结, 同时对有关隐性雌雄异株物种不育性器官进化意义的5个假说进行了介绍与评价, 最后对今后的相关研究方向进行了展望。以期为深入研究被子植物隐性雌雄异株性系统的进化式样与机制研究提供理论资料。

小灵猫(Viverricula indica)是国家一级重点保护野生动物, 有关该物种在我国的当前分布和栖息地生态学的资料非常有限, 不利于其保护管理策略的制定。2021年10月至2023年8月, 作者在海南大田国家级自然保护区通过红外相机技术监测调查了小灵猫的分布, 采用核密度函数和Vanderploeg & Scavia资源选择指数分析了小灵猫的活动节律和栖息地选择。本次调查在区内50个位点共布设了120台红外相机, 总相机工作日累计24,778天, 获得独立有效照片6,250张, 调查期间在13个位点获取了48次小灵猫独立有效探测, 证实小灵猫在该区域稳定存在。小灵猫的活动节律为典型的夜行性, 日活动曲线呈单峰分布, 活动高峰处于22:00前后。区内小灵猫对于人类活动在时间层面呈现明显回避(重叠系数∆ = 0.04), 与同域分布竞争物种豹猫(Prionailurus bengalensis)之间存在时间生态位上的分离(P < 0.001)。在栖息地选择上, 小灵猫偏好利用食物资源丰富的杧果(Mangifera indica)林、乔木郁闭度中等(50%-75%)、干扰强度中低的生境。本调查研究填补了海南岛小灵猫分布及生态信息方面的空缺, 为后续的深入研究提供了基础信息, 也为更多区域野生小灵猫的保护和管理提供了一定的科学依据。

了解野生动物在自然环境中的行为表现, 对于制定该物种的保护政策尤为重要。野生林麝(Moschus berezovskii)是湖南省分布的几种国家一级重点保护动物之一, 但对其在野外的行为表现研究甚为匮乏。2019年4月至2023年6月, 作者对湖南壶瓶山国家级自然保护区的固定红外相机监测数据进行了分类汇总, 使用PAE编码系统开展林麝的行为谱及多样性研究。本文旨在: (1)参照PAE动物行为编码范式, 建立林麝的行为谱及编码系统。(2)对林麝的行为数据进行统计并计算行为多样性指数, 分析不同季节、性别、年龄组和生境间的差异。结果显示: (1)通过野生林麝845张有效照片和133段视频辨识了林麝7种姿势、65种动作和32种行为, 基本涵盖了林麝的主要日常行为; (2)不同季节的行为多样性指数存在差异, 春季(H_春 = 0.8922, r_春 = 0.3850) > 夏季(H_夏 = 0.7954, r_夏 = 0.3432) > 秋季(H_秋 = 0.7775, r_秋 = 0.3355) > 冬季(H_冬 = 0.5094, r_冬 = 0.2198); (3)雄麝、雌麝和幼体行为差异明显, 幼体未记录到排遗、标记、自我指向3种行为, 雌麝有较多的自我指向行为, 雄麝独有标记行为, 行为多样性指数表现为雌麝(H_雌 = 0.6338) > 雄麝(H_雄 = 0.5814) > 幼麝(H_幼 = 0.3816); (4)林麝在针阔混交林的行为多样性指数最高, 摄食行为频次居于各生境前列。综上, 本研究首次提供了野生林麝的行为谱及其编码, 将为深入地开展林麝行为生态学研究和保护管理提供基础数据。

全球气候变化和人类活动影响对沿海生态系统造成了巨大压力, 而建立海洋保护区网络被认为是应对这双重压力的重要手段。为了保护东海丰富的生物资源, 我国自20世纪末已建立了多个保护区, 但目前生物多样性以及连通性的研究不足以有效支撑东海生物多样性保护与可持续发展。为此, 本研究选取了东海城洲岛国家级海洋公园(城洲岛)、深沪湾海底古森林遗迹国家级自然保护区(深沪湾)、湄洲岛国家级海洋公园(湄洲岛)、平潭综合实验区海坛湾国家级海洋公园(平潭岛)、洞头国家级海洋公园(洞头岛)和玉环国家级海洋公园(玉环) 6个国家级海洋保护区, 在保护区内近岸海域采集不同季节的eDNA样品并测量水环境参数, 通过对鱼类群落组成分析预测保护区间的生物多样性及其潜在连通性。在采集到的71个样品中, 共获得了5,069,193条序列, 包括46,309个分子操作分类单元(molecular operational taxonomic units, MOTUs), 其中保护区内共享MOTUs的丰度占比基本都超过40%。虽然不同保护区间环境参数存在显著差异, 但是生物多样性指数和群落组成差异性检验显示不同保护区间鱼类组成不存在显著差异(P > 0.05), 仅存在季节差异。高占比的共享MOTUs以及无显著空间分化的群落组成可能意味着这些保护区间存在较强的连通性, 具备建立海洋保护区网络的潜力。对保护区生态网络结构的进一步分析表明, 不同保护区的生态网络存在差异, 洞头岛、玉环、深沪湾保护区的网络结构较为稳健, 而湄洲岛和平潭岛保护区则相反, 这表明不同保护区的保护效果存在一定差异, 这可能与保护区的面积和管理有关。本研究不仅为东海近岸群落连通性研究提供了参考, 同时也为东海保护区的管理和建设提供直接支撑。

七连屿是西沙群岛东北面的一个珊瑚礁群岛, 生物多样性极高, 近年来由于受到了人类扰动影响, 鱼类资源出现明显衰退。为探究这一衰退演变特征并更好地保护和管理七连屿珊瑚礁鱼类资源, 我们于2018-2023年采用潜水捕捞、渔捞日志记录、水下视频拍摄以及环境DNA分析等方法, 并结合近年这一海域的研究资料, 对其鱼类种类组成的现状进行分析。结果如下: 2017年至今, 七连屿共发现珊瑚礁鱼类412种, 隶属于2纲16目60科168属, 其中鲈形目鱼类最多, 为320种, 科水平隆头鱼科种类最多, 有47种。七连屿以小型鱼类为多; 食性方面以肉食性鱼类为多。2021-2023年大中型鱼类比例及肉食性鱼类比例较2017-2020年出现下降, 同时小型鱼类和植食性鱼类比例却出现显著上升。两时间段肉食性鱼类相似性较低, 为不相似; 植食性鱼类相似性较高, 为中等相似; 小型鱼类相似性较低, 为不相似, 大型鱼类也为不相似。优势种中大型鱼类和小型鱼类的种类数显著低于稀有鱼类, 肉食性鱼类的种类数也显著低于稀有鱼类, 而植食性鱼类的种类数则显著高于稀有鱼类。两时间段的鱼类平均分类差异指数(Delta+)和变异分类差异指数(Lambda+)呈下降趋势。以上表明七连屿珊瑚礁鱼类受到了过度捕捞和生境退化的双重影响, 鱼类物种发生了显著的更替。研究为今后预测七连屿珊瑚礁鱼类物种演替趋势提供了基础数据, 为西沙珊瑚礁生态系统保护和修复提供了参考。

地面节肢动物作为陆地生态系统的重要组成部分, 在大型食草动物粪便分解中扮演着重要角色。当前动物粪便中节肢动物群落研究主要集中在粪便类型和微生境的作用, 而季节或气候状况对粪便中节肢动物群落影响的研究较少。本研究在内蒙古典型草原区, 采用野外人工堆置方法, 研究不同季节马粪中节肢动物群落的组成和多样性特征, 并分析了节肢动物各类群多度与环境因子的关系。结果表明: (1)春夏秋3个季节马粪的初始含水量不存在显著差异(P > 0.05); 夏季马粪初始有机质含量显著地低于春季和秋季(P < 0.05); 马粪初始pH在秋季显著地低于春季和夏季(P < 0.05)。(2)在马粪分解第3 d和第360 d, 秋季马粪中节肢动物群落多度和类群数显著高于春季(P < 0.05); 在粪块分解第3 d和第7 d, 秋季马粪中粪金龟子群落多度和物种数显著高于夏季(P < 0.05); 在分解第3 d和第7 d, 秋季马粪中隐翅虫群落多度和属数显著高于春季和夏季(P < 0.05)。研究表明, 分解早期粪的有机质含量和含水量对马粪中节肢动物群落组成影响较大, 而分解后期节肢动物群落组成主要受土壤温度和湿度的调控。

降水和生物多样性是维持干旱区荒漠草原生态系统平衡和稳定的关键因素, 研究降水变化背景下荒漠草原植物多样性、微生物多样性以及二者相互关系具有重要的理论和实践意义。本文以宁夏盐池荒漠草原为研究对象, 采用遮雨棚和滴灌技术模拟了5个降水梯度, 分别为正常降雨量的33%、66%、100% (CK)、133%和166% (记为R33, R66, RCK, R133, R166), 全面分析了降水变化对荒漠草原植物多样性和微生物多样性的影响。结果表明: (1)降水减少(R66)会显著降低植物群落的多样性和均匀度, 降水增加(R133)会使植物群落丰富度显著增加(P < 0.05); (2)细菌群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Ace指数以及真菌群落的Ace指数随降雨量的增加显著增加, 降水变化对真菌群落的Shannon-Wiener指数和Simpson指数影响显著(P < 0.05); (3)增水处理对土壤微生物群落β多样性有显著影响; (4)细菌与土壤碳氮比、碳磷比之间存在显著正相关关系(P < 0.05), 真菌与土壤碳氮比、碳磷比及氮磷比之间均存在极显著正相关关系(P < 0.01); (5)植物群落多样性与细菌Shannon-Wiener指数显著正相关, 与细菌Simpson指数、Ace指数及真菌Ace指数显著负相关(P < 0.05)。因此, 降水变化对荒漠草原植物多样性和微生物多样性产生了显著影响, 且二者之间存在紧密关联, 这不仅为模拟和预测荒漠草原生态系统对气候变化的响应和反馈提供借鉴, 也为该地区的生态保护和恢复提供了科学依据。

生物多样性持续丧失已成为全球最严重的环境挑战之一, 未来7年对遏制和扭转生物多样性丧失至关重要。《生物多样性公约》机制下《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》(简称《昆蒙框架》)的达成为全球生物多样性治理带来了新的希望, 为遏制和扭转生物多样性丧失提供了解决途径。作为《昆蒙框架》的核心目标, “3030”目标在国际社会广泛行动和大量科学成果的支持下应运而生。本文从全球发展趋势和国际政策推动两个层面梳理了“3030”目标的由来和发展进程, 分析了其数字目标、空间范围、有效性和包容性管理等关键要素, 保护地的全球目标从10%逐渐增加到30%, 尽管仍未满足科学界的期望, 但促进了全球保护地网络的发展。其他有效的区域保护措施(other effective area-based conservation measures, OECM)、提高保护地质量、利益攸关方参与等, 均可大幅增加对陆地和海洋的保护。结合已有国际进程和科研成果, 探索分析了“3030”目标的实现路径, 包括强有力的国际政策引导、坚定有效的资金保障、深入严谨的科学研究基础、负责任的国家行动以及广泛包容的参与和协作。距离目标完成时限已不足7年, 我们识别了实现目标尚存的诸多问题和阻碍, 并提出建议, 包括更加注重提升保护地质量; 克服保护地调查数据的空缺和有限的监测手段; 提高对海洋保护地的认识, 突破局限; 探索包容性管理模式, 以及全球目标在国家尺度的规划和统筹等。“3030”目标不仅是一项政治驱动的目标, 其研究、磋商和实现过程, 体现了科学、传统知识与国际政策体系相结合的新视角, 反映了不断推陈出新的科学见解、社会价值观和全球挑战, 促使人与自然, 人与人之间关系的阶段性变化, 有助于对保护地网络和其他保护空间的重新认识。

抗日战争胜利之后, 1946年在美国植物学家梅尔、和嘉倡导之下, 提议中美两国合编《中国植物志》, 得到中国植物学家胡先骕积极响应, 并开始编制计划、组织人员、筹集经费, 但因时局影响, 并未予以实施; 但可将此看作是1988年中美开始合编Flora of China之起始。