我从事分类学研究60年, 从《中国植物志》到世界专著性研究, 受到国内外的肯定。在这一过程中体会到, 完善而合理的研究方法至关重要。分类学是一门综合性很强的学科, 涉及到生物学几乎所有学科, 其中形态学、孢粉学、细胞学、遗传学、分子生物学和统计学是必须掌握的学科。针对中国的植物分类学研究历史和现状, 我以世界芍药属(科) (Paeonia, Paeoniaceae)和桔梗科党参属(Codonopsis, Campanulaceae)以及近缘类群的研究为例, 应用了上述各个学科, 重点强调野外考察和统计分析是不可或缺的研究方法。只有通过野外考察才能获取必要的实验材料, 才能分清居群多态性和种间差异; 唯有统计分析才能区分是种内的变异还是遗传隔离。分子系统学的兴起已使分类学进入一个崭新的时代, 分类学工作者必须认识它, 学习它。我的团队在上述两项研究中应用了它, 获得超预期的成果。我的感想是: 高水平的研究必须有完善的科学方法。

在当前全球生物多样性面临严峻挑战的背景下, 深入探讨人为和自然干扰对森林群落物种多样性的影响显得尤为重要。本研究以中亚热带森林群落为研究对象, 选取钱江源-百山祖国家公园候选区钱江源园区内常绿阔叶老龄林、一次干扰次生林、两次干扰次生林和杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林4种典型森林类型, 依托12个1 ha森林动态监测样地长期积累的数据, 采用物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数, 系统分析了不同干扰程度下物种多样性的演替轨迹及演替速率的变化, 旨在为生物多样性保护和生态修复提供科学依据。研究结果表明, 常绿阔叶老龄林、一次干扰次生林和杉木人工林的物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数随演替进展而增加, 而两次干扰次生林则呈现下降趋势。在常绿阔叶老龄林和一次干扰次生林中, Pielou均匀度指数随演替进展呈现先增后减的变化趋势; 而在两次干扰次生林和杉木人工林中, Pielou均匀度指数则呈现逐渐增加之势。特别地, 当不考虑杉木时, 杉木人工林的Pielou均匀度指数随演替进展而下降。各物种多样性指数的演替速率总体上随时间呈下降趋势, 但物种丰富度和Pielou均匀度指数的演替速率多数情况下差异不显著。受冰雪灾害影响后, 常绿阔叶老龄林的演替轨迹偏离了其稳定状态, 其恢复初期物种丰富度的演替速率显著高于其他森林, 并随时间显著下降, 而Pielou均匀度指数演替速率较低, 随时间无显著变化。杉木人工林Pielou均匀度指数的演替速率显著高于其他森林, 且随时间显著降低, 而其物种丰富度的演替速率低, 与一次干扰次生林和两次干扰次生林无显著差异。综上所述, 本研究揭示了不同干扰对中亚热带森林物种多样性演替轨迹和速率的显著、差异性影响。建议在制定修复措施和评估修复成效时, 充分考虑森林的干扰历史和演替阶段, 以实现更有效的生物多样性保护和修复。

长江源区位于青藏高原腹地, 海拔普遍在4,500‒6,000 m之间, 是全球最重要的水源涵养区之一。本研究针对青藏高原长江青海流域鱼类多样性进行了系统调查与分析, 以了解该区域的鱼类资源现状及其面临的威胁。研究覆盖了长江源干流及长江主要支流, 包括长江源的通天河、沱沱河、楚玛尔河和当曲, 以及雅砻江源和大渡河源。2021‒2022年共设置调查样点43个, 记录到鱼类26种(亚种), 隶属于2目3科12属。与历史调查相比, 发现新分布鱼类7种, 其中土著鱼类4种, 外来鱼类3种。相对重要性指数分析显示, 长江源区的优势种为软刺裸裂尻鱼(Schizopygopsis malacanthus)和小头高原鱼(Herzensteinia microcephalus)。α多样性指数显示通天河和大渡河的物种多样性较高, 而雅砻江的物种均匀度较低。相似性系数和主坐标分析(principal co-ordinates analysis, PCoA)揭示了大渡河源与长江源、雅砻江源之间的物种组成差异明显, 反映了地理隔离对鱼类多样性的影响。环境因子同样影响鱼类物种分布, 典型相关分析(canonical correspondence analysis, CCA)结果表明水温和海拔对鱼类分布有影响。空间自相关分析确定了鱼类分布状态为随机且轻微聚集, 分布热点分析发现通天河和大渡河支流存在鱼类分布热点。研究阐明了长江源区鱼类多样性的空间分布差异, 并提示需要根据不同流域鱼类物种分布特征进行保护。

植物在长期适应环境胁迫的过程中, 逐渐形成了与其生境相协调的形态、结构及生理等性状。研究表明可通过植物性状来评价植物的抗逆能力, 且多性状比单一性状评价更为准确。对植物耐受能力评价的方法多样, 各有优缺点, 目前尚没有研究对这些方法进行比较分析。本研究收集了国内外近13年的相关文献, 对目前常用的植物抗逆能力评价方法, 即平均隶属函数值、聚类分析、基于隶属函数和权重的模糊综合评价(简称模糊综合评价)、主成分分析、隶属函数及主成分分析复合评价法(简称复合评价法)、卷积神经网络、灰色关联分析的概念、原理、关键步骤以及优缺点进行了分析和比较。分析发现以上方法均采用多性状来评价植物抗逆能力, 其中, 平均隶属函数值、模糊综合评价和复合评价法基于模糊数学理论, 通过性状模糊化的方式建立模型; 平均隶属函数值、主成分分析、复合评价法、灰色关联分析能筛选出关键抗逆性状。主成分分析和聚类分析可以提供直观、易懂的数据展示方式, 有助于对抗逆能力评价结果的理解。以上方法可以在实践中相互补充, 针对不同的研究目的和数据特征选择合适的评价方法。

长期监测不同生物类群和不同时空尺度的生物多样性, 对于摸清我国生物多样性的资源家底、时空动态、威胁因子和保护现状具有重要意义。张广才岭位于黑龙江省中南部和吉林省东部, 是我国东北虎(Panthera tigris altaica)潜在的栖息地之一。本文整理了张广才岭南部2015年8月至2020年11月的红外相机监测记录, 并进行了详细的物种鉴定, 提供了包含72个有效红外相机位点的完整监测数据集。红外相机累计工作88,093个相机工作日, 共获得野生兽类独立事件9,206次, 野生鸟类独立事件655次。经鉴定, 兽类有5目11科18种, 鸟类有9目16科31种。本数据集展示了相机位点坐标、相机工作日、兽类和鸟类物种独立事件数和不同监测年度下每个相机位点拍摄的不同物种独立事件数, 以及整体鸟兽物种名录(包括濒危等级和相对多度指数等)。该数据集是张广才岭地区开展红外相机监测工作以来首次全面的成果汇总, 可为保护区制定管理决策提供科学依据。

全球共有94种鲸豚类动物, 它们是哺乳动物中最神秘和最濒危的类群之一。在由陆生向水生生活转变的过程中, 鲸豚类演化出了众多适应水生环境的形态、生活史和生态学特征。然而, 全球范围内尚缺乏完备的鲸豚类特征数据库。本研究通过系统查阅书籍、文献等数据资源, 收集整理了鲸豚类38个特征数据, 包括15个形态、12个生活史和11个生态学特征参数。其中, 形态学特征参数的完整度为72.15%-100.00%, 生活史特征参数的完整度为17.72%-100.00%, 生态学特征参数的完整度为25.32%-100.00%。此外, 基于特征数据完整度, 结合系统发育线性回归模型的分析表明, 描述时间越早及近岸分布物种往往具有更高的数据完整度。本数据集为开展鲸豚类生态学、保护生物学和进化生物学研究提供了重要的基础信息, 同时为推进区域及全球性的鲸豚类保护生物学工作提供了重要的数据参考。

生物的生活史和生态学特征在一定程度上决定了物种的种群动态和生存策略, 并深刻影响着它们对环境变化的适应能力。蛇类是一类形态高度特化的爬行动物类群, 截至2024年9月全球共有4,145种。但是, 由于蛇类的隐秘性及独居性, 其宏观生态学研究与其他脊椎动物类群相比相对较少, 目前也没有专门针对蛇类生活史、生态学和生物地理特征的数据集。本研究通过系统查阅已出版的蛇类专著、文献、在线数据库等数据资源, 收集整理了全球4,145种蛇类的28个特征数据。这些特征包括生活史特征(体重、体长、猎物等8个特征)、生态学特征(分布地区、微生境、海拔分布等7个特征)和生物地理特征(年平均温度、年平均降水、归一化植被指数等13个特征), 其完整度为42.41%-99.90%。与已发表的数据集相比, 本数据集物种数更多、特征的完整度更高, 而且新增加了3个生活史和生态学特征数据(食物宽度、分布地区和致危因子), 以及13个生物地理特征数据。该数据集是目前全球蛇类最新和最全的特征数据集, 可为全球和特定地区蛇类的生态学、生物地理学和保护生物学等领域研究提供数据支持。

昆虫是地球上物种多样性最高的类群, 对特定昆虫类群的线粒体基因组研究还处于不断发展和积累的阶段。由于部分半翅目昆虫的线粒体基因组在GenBank数据库中缺失, 阻碍了线粒体基因组在半翅目昆虫中的进一步应用。本研究报道了Maevius indecorus、Limnogonus cereiventris、尖长蝽(Oxycarenus laetus)、Hormaphis cornu、Melanaphis donacis、香蕉交脉蚜(Pentalonia nigronervosa)、石榴囊毡蚧(Acanthococcus lagerstroemiae)等7种半翅目昆虫的线粒体基因组详尽信息, 其中Maevius indecorus和Pentalonia nigronervosa线粒体基因组数据分别为锚蝽科和交脉蚜属(Pentalonia)首次报道。7种半翅目昆虫数据通过SRA数据库获得, 来源于6个国家(澳大利亚、喀麦隆、中国、印度、肯尼亚、美国)的7个地区。本研究可为半翅目昆虫系统发育关系、生物多样性、种群分化格局等相关研究提供一定数据支持。

在我国国家植物园体系建设全面推进背景下, 广东省林业局编制出台《广东省植物迁地保护体系规划(2024-2035年)》, 旨在构建“以国家植物园为核心、区域植物园为骨干、乡土植物园为站点”的广东省植物迁地保护体系, 提升广东省植物多样性保护水平。针对当前生物多样性保护的新形势和新问题, 加强珠三角城市群和粤东、粤西、粤北地区迁地保护机构协同发展的整体布局, 构建严谨的晋升、退出与总结性评估机制, 对区域和乡土植物园实施动态监管, 采取“同源谱系-异地栽培保存”及近地保护的综合保护策略, 从而全面提升全省重要受威胁植物的迁地保护成效和植物多样性保护水平; 重点加强迁地保护机构、智慧管理平台、科研平台、人才队伍等建设, 打造智慧高效的迁地保护体系、创新驱动的科学研究体系、多元发展的绿色产业体系、学科融合的人才培养体系和区域特色的自然教育体系, 推动植物保护研究、可持续利用、人才培养、科普教育和园林园艺的综合发展。预计到2035年, 广东省将形成植物保护和开发利用结合发展的新格局, 实现迁地保护广东省分布80%以上的重点保护野生植物、70%以上的珍稀濒危野生植物, 整体保护水平位居全国前列, 为新时期区域生物多样性保护高质量发展提供理论支撑和实践借鉴。

随着虫媒作物对传粉服务的需求日益增加, 导致人工养殖的外来传粉者在全球范围内数量激增并大面积扩散, 对本地植物‒传粉者之间的互利关系造成极大影响, 严重威胁当地生物多样性和生态系统稳定性。该文综述了外来传粉者对本地植物、本地传粉者以及传粉网络3个方面的影响。(1)外来传粉者与本地传粉者在形态特征和访花行为上的差异, 使其对本地植物而言往往是低效或者无效的传粉者, 从而对植物的繁殖成功造成负面影响; 但是在传粉限制环境中, 外来传粉者也可能起到重要的补充授粉作用。外来传粉者特定的访花偏好和对本地传粉者访花行为的影响会改变植物的花粉流和基因流, 从而使植物种群的遗传结构发生变化。此外, 外来传粉者会对植物的资源分配策略和花部结构发育施加新的选择压力, 进而引导花部特征的适应性演变。(2)外来传粉者与本地传粉者会形成资源竞争或捕食关系, 还可能干扰本地传粉者的生殖过程或造成病原体传播, 从而对本地传粉者的物种多样性和丰富度构成极大威胁。(3)由于大多数外来传粉者都是泛化传粉者, 促使它们能够很快整合到新生境的传粉网络中, 与本地植物形成大量新的连接, 往往使整个传粉网络的泛化水平和嵌套化程度升高, 最终对传粉网络的稳定性产生深远影响。目前, 我国针对外来传粉者的研究主要侧重于农业授粉应用, 今后, 应该更加重视外来传粉者进入自然生态系统后对本地开花植物、传粉者以及两者之间互作网络的结构和功能的影响机制研究, 需要全面考虑物种、群落和生态系统3个不同的层次, 同时扩展研究的地理尺度和时间尺度, 在研究中注意结合新技术和新方法, 并考虑全球变暖和农业集约化等趋势的影响。在外来传粉者在我国的分布区持续扩大的现状下, 为保护本地植物和传粉者物种多样性, 维持自然生态系统的原真性和稳定性, 需要: (1)做好外来传粉者的引种规划和防控管理工作; (2)建立本地传粉者自然保护区, 确定优先保护物种和优先保护区域; (3)大力开发和保护本地传粉者为农作物提供授粉服务, 避免引入外来传粉者而导致生态危害。

物种的基因组大小反映了基因组扩张和收缩机制之间的动态平衡, 其受自然选择和遗传漂变等多重因素影响。关于基因组大小与性状关系的研究成果众多, 但尚缺乏系统性的梳理和总结。本文总结了植物基因组大小与41个性状之间的60种不同关联, 并尝试将这些性状划分为9个尺度, 包括分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统和生物地理尺度。为解释基因组大小与性状之间的关系, 本文在现有假说的基础上, 提出了“基因组大小分区假说”。该假说认为, 植物基因组大小的分布范围内可能存在两个平衡点和一个最优点, 而环境条件如养分和水分的变化, 可能会改变这些平衡点和最优点的位置, 从而驱动植物基因组大小向新的最优点方向演化, 形成新的平衡。最后, 本文建议将基因组大小作为核心功能性状纳入生态模型, 以提升对群落和生态系统应对全球环境挑战(如氮沉降和气候变化)的理解。

内源性病毒元件(endogenous viral elements, EVEs)是指存在于细胞生物基因组中的病毒DNA序列。动物基因组中已被报道存在逆转录病毒的整合, 而植物病毒由于不编码整合酶一度被认为无法整合到植物基因组中。然而, 随着生物信息学与比较基因组学的发展与应用, 植物基因组中被不断报道存在病毒核酸的整合, 并发现与植物的生长、发育、适应与进化息息相关。本文总结了植物基因组中整合的病毒类型与多样性、病毒整合与激活机制及病毒整合对植物的危害和有益作用。同时, 本文还概述了植物基因组中EVEs的挖掘方法, 为生产遗传稳定且无病毒的植物材料(如脱毒苗)、追溯病毒的起源, 以及探讨植物与其内源性病毒的相互作用、共适应与协同进化等研究提供参考。

表皮碳氢化合物(cuticular hydrocarbons, CHCs)是一类广泛分布于昆虫表皮的烃类混合物, 具有防水、抵抗有害物质入侵和化学通讯等功能, 为昆虫适应陆地的多种生活方式作出巨大贡献。相较于独(寡)居昆虫, 社会性昆虫CHCs的组成和功能多样性将有益于探究社会性昆虫所特有的遗传结构、群体组成和行为模式。因此, 本文对社会性昆虫CHCs的结构、性质及功能进行了总结, 并对影响其组成多样化的内源和外源因子进行了讨论, 同时对未来的研究方向进行了展望。社会性昆虫的CHCs能介导同巢个体识别、级型分化、社会分工、群体免疫、生殖状态识别及种间互作, 甚至部分CHCs已经进化为功能高度专一的蜂王(蚁后)信息素。社会性昆虫可能需要较高的CHCs组分多样性以适应其功能分化, 而多种内源(基因和激素水平)及外源因素(食物、肠道微生物、病原生物、温湿度、紫外辐射及巢穴材料等)均能影响CHCs的组成。未来, 借助定量遗传框架、免疫组化定位、荧光原位杂交等多种新兴技术, 对社会性昆虫及其他昆虫类群CHCs合成、转运、释放、功能多样性及其调控机制进行研究, 将有助于深入理解CHCs对昆虫适应性进化的重要贡献, 并为开发基于CHCs的重大入侵和农林害虫的防控新技术提供理论参考。

缓步动物又被称为水熊虫, 栖息在海洋、淡水和陆地生态系统的各种环境中, 是微型动物群落的重要组成部分, 以对极端环境极强的适应能力而闻名。缓步动物在微食物网中占据了不同的营养级, 预示着它们具有重要的生态功能。近年来, 缓步动物的多样性、鉴定方法和生理、生态特征等研究已经取得了一定进展, 但缺乏系统总结。本文梳理了近30年国内外缓步动物研究成果, 借助文献计量分析, 系统总结了缓步动物在新种发现、鉴定方法、分布特征和生态功能等方面的研究进展。主要包括: (1)至2024年, 全球已记录的缓步动物共1,488种, 它们在水生和陆地环境中广泛存在, 包括苔藓、土壤、海洋、极地、城市等潮湿环境, 并不断有新种被发现。(2)缓步动物鉴定方法以个体形态鉴定为主, 缺乏标准的分子生物学研究手段, 极大限制了其分类学研究的发展。(3)总结了淡水和海洋生态系统中缓步动物的分布特征, 阐述了缓步动物应对全球变化(如气候变暖、大气氮沉降等)表现出的独特响应机制。(4)初步梳理了缓步动物在食物网中的生态功能, 包括与其他微型动物及微生物的互作关系。最后, 建议未来关注三个研究方向: (1)发展适用于缓步动物的分子生物学研究方法; (2)探索不同生态系统类型、大空间、长时间尺度上缓步动物分布特征及其驱动因素; (3)阐明它们在微食物网中的位置及其生态功能。