转基因技术及其产品是解决世界粮食问题的重要途径之一, 但是包括食品和环境安全在内的转基因生物安全评价是转基因技术及其产品商品化应用的前提和保证。现有的人为生物安全评价方法存在着一定的不足, 难以应对数量日益增加和内容日趋复杂的转基因产品的安全评价需求, 因此找寻一种客观和高效的评价方法势在必行。决策树(decision tree)方法是现今广泛使用的数据挖掘和分析的决策方法之一, 通过将需要解答问题的层层分解并分别解决, 最终得到理想的决策结果, 在处理复杂问题方面具有独特的优势。本文旨在通过介绍决策树的概念、特性、种类及其构建方法, 探索将决策树方法应用于建立转基因植物环境生物安全评价诊断平台的可行性, 并分析构建的诊断平台在高效、准确和客观地进行转基因植物环境生物安全评价, 以及对新一代转基因产品环境安全性的预测和普及环境安全知识等方面的优势, 为进一步推动转基因技术的发展和转基因产品的安全利用奠定基础。

本文调查研究了野生稻群体内及群体间的DNA甲基化多样性。选取与亚洲栽培稻近缘的两个野生种Oryza nivara和O. rufipogon作为研究对象, 采用改进的MSAP (methylation-sensitive amplification polymorphism)技术对其基因组CCGG位点的甲基化多样性进行了分析。结果表明: 在同一个IRGC(the International Rice Germplasm Center)编号群体内的不同个体间, 基因组甲基化条带高度一致; 而在不同编号群体间, 甲基化条带表现为多态。其中后者又可以分为两类: 条带模式高度一致的Class I和条带模式呈多态性的Class II。将上述两类甲基化片段的编码基因与栽培稻粳稻(O. sativaL. subsp. japonica)和籼稻(O. sativa L. subsp. indica)两个亚种的同源基因进行序列比对发现, 在进化趋势上Class I表现得比较保守, 而Class II较为活跃。DNA甲基化多样性作为标志遗传多样性的一种信息来源, 其在群体分化及物种进化过程中的作用还需要进一步探讨。

为揭示中国特有珍贵用材树种光皮桦(Betula luminifera)天然群体的遗传多样性和遗传结构, 采用AFLP分子标记, 分析了采自浙江、福建、江西、广西和贵州5个省区6个天然群体的120份样品。9对引物获得了355个位点, 其中多态性位点323个。分析结果表明光皮桦天然群体具有较高的遗传多样性, 多态位点百分率(PPL)达90.99%, 各群体的PPL和Nei’s基因多样性(h_j)分别为93.20-98.60%和0.3143-0.3645; 总群体遗传多样性指数(H_t)为0.3616, 群体间遗传分化系数(F_st)为0.0650, 群体间总的基因流较高(N_m= 3.5962)。AMOVA分析表明群体间的遗传变异占总变异的11.49%, 浙江临安群体和贵州修文群体间的遗传距离最大(0.0665), 江西龙南群体和广西龙胜群体间的遗传距离最小(0.0173), 且遗传结构分析显示这两个群体的部分个体可能来自同一近祖。Mantel检测发现, 群体间的遗传距离与地理距离没有显著相关性(r = 0.423, P = 0.113), 而与两两群体所在地的均温差呈显著相关(r = 0.449, P = 0.017)。结合群体实地调查, 可以得出光皮桦天然群体的遗传多样性和遗传结构的形成不仅与其广域分布、自然杂交、种子特性以及生活史有关, 而且与群体被人为砍伐、生境片断化等因素有重要关系。基于上述结果我们提出了光皮桦天然种群的保护策略。

本文通过rDNA ITS序列测定和分析, 比较研究了粉煤灰污染水体(灰湖)与未污染水体(凤鸣湖和汀棠湖)萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)的种群遗传多样性。结果表明, 灰湖萼花臂尾轮虫仅有1个姐妹种, 而两对照湖泊均存在2个姐妹种, 粉煤灰污染使萼花臂尾轮虫种复合体内姐妹种数量减少。就三个湖泊共有的姐妹种I而言, 灰湖轮虫种群单倍型多样性最低(h= 0.9516), 核苷酸多样性(π = 0.0066)低于汀棠湖(π = 0.0073)却高于凤鸣湖种群(π = 0.0052), 粉煤灰污染对萼花臂尾轮虫种群遗传多样性表现出一定的破坏作用; 凤鸣湖轮虫种群核苷酸多样性最低, 可能是由于水体中晶囊轮虫(Asplanchna)和桡足类动物捕食压力较高以及周围农田污染的联合作用造成的。三湖泊间, 仅汀棠湖与凤鸣湖轮虫种群间基因交流值较低(N_m = 1.95), 种群分化指数较高(F_st = 0.11358); 而灰湖与汀棠湖以及灰湖与凤鸣湖轮虫种群间基因交流水平较高(N_m均大于4), 种群分化指数较低(F_st分别为0.03535和0.00276)。AMOVA分析显示汀棠湖与凤鸣湖轮虫种群间变异所占比例较高, 为12.87%; 而灰湖与汀棠湖以及灰湖与凤鸣湖轮虫种群间变异所占比例较低, 分别为3.78%和2.78%。粉煤灰污染水体与未污染水体萼花臂尾轮虫种群间保持较高水平的基因交流, 种群分化不明显。

为促进乔氏新银鱼(Neosalanx jordani)种质资源的保护, 采集了长江流域和淮河流域5个乔氏新银鱼地理种群计129个样本, 利用线粒体细胞色素b基因(Cyt b)全序列作为分子标记, 初步分析了乔氏新银鱼种群的遗传多样性、遗传结构及种群历史动态。研究结果共检测到18个Cyt b单倍型, 发现和其他鱼类相比, 乔氏新银鱼具有较高的单倍型多样性(h, 0.590±0.047), 但核苷酸多样性较低(π, 0.00088±0.00011)。分子变异分析(AMOVA)表明, 乔氏新银鱼5个地理种群内个体间和流域内种群间均存在显著的遗传差异, 而长江流域与淮河流域之间遗传分化不明显, 显示乔氏新银鱼遗传分化与当前水系的分布格局不吻合。结果表明乔氏新银鱼目前的遗传格局主要是由于长距离独立的建群事件、基因流限制以及种群的持续扩张的共同作用而形成的。种群历史动态分析结果显示乔氏新银鱼种群为近期扩张种群, 其大部分变异发生在1.897万年之内, 与最后一次冰期全面消退、海平面上升、长江流域及淮河流域中下游大量湖泊(适宜生境)形成的时间相吻合。建议对现存的乔氏新银鱼种群, 特别是遗传多样性较高的那些种群(如鄱阳湖、太湖及洪泽湖种群)分别保护。

基于体侧色斑、背鳍前部形态、吻长及尾柄长的差异, Ng和Kottelat(2007)将分布于中国的黄颡鱼群体划为两个物种: 北方群体为Pseudobagrus sinensis, 南方群体为P. fulvidraco。本研究通过对70个黄颡鱼标本相关形态特征的测量及对线粒体cyt b基因序列的分析, 探讨了P. sinensis物种的有效性问题。结果表明: 依据体侧色斑和背鳍前部形态的差异, 可将黄颡鱼分为对应于P. sinensis和P. fulvidraco的两种形态类型, 但对尾柄长、吻长的测量发现二者没有差异。对70条cyt b基因序列的分析结果为: 两种鱼类有1个共同的单倍型; 两种鱼类的单系性在系统发育分析中都没有得到重现, 而二者聚在一起形成获得100%支持率的单系群; 两种鱼类群体之间存在持续的基因交流(Nm = 4.7); 两种鱼类在单倍型的巢式支系分析(nested clade analysis, NCA)中没有形成各自独立的进化谱系, 所有的单倍型以不超过5步的突变全部被纳入同一个进化网络中。因此我们认为P. sinensis不是有效物种, 而应被视为黄颡鱼的一种形态类型。基于cyt b基因的序列变异, 本研究对黄颡鱼群体的遗传多样性和种群结构作了初步分析。群体的核苷酸不配对分布及Tajima’sD中性检验表明, 约在10.1-14.1万年前, 黄颡鱼在其分布范围内经历过群体扩张, 推测这可能是导致黄颡鱼群体单倍型多样度高(h = 0.857 ± 0.0014)而核苷酸多样度低( π = 0.0023 ± 0.0003)的主要原因。此外, 分析结果显示黄颡鱼群体缺乏明显的地理结构, 推测原因可能是历史上水系的连通促进了不同地理群体之间的基因交流。

舌鳎亚科鱼类因形态特征的特殊性, 其分类及系统发育关系一直存在争议。本研究测定了中国沿海14种舌鳎亚科鱼类线粒体DNA的16S rRNA和Cyt b基因的部分片段。两个基因构建的舌鳎亚科系统发育树结果显示, 中国沿海舌鳎亚科鱼类为明显的单系群, 但舌鳎亚科鱼类内部的系统发育关系与形态分类划分的亚属并不完全一致, 日本须鳎(Paraplagusis japonica)与其他舌鳎属(Cynoglossus)种类并未形成不同的分支。虽然舌鳎属内的舌鳎亚属(Cynoglossus)、拟舌鳎亚属(Cynoglossoides)和三线舌鳎亚属(Areliscus)均可以聚为独立分支, 但长吻红舌鳎(C. lighti)与短吻红舌鳎(C. joyneri)、短吻三线舌鳎(C. abbreviatus)与紫斑舌鳎(C. purpureomaculatus)、半滑舌鳎(C. semilaevis)与窄体舌鳎(C. gracilis)及褐斑三线舌鳎(C. trigrammus)这三组物种可能存在同种异名现象。这一结果提示, 基于形态学对舌鳎亚科的种属分类鉴定尚存在不足, 线粒体DNA的系统发育关系可为其分类的修订提供有意义的参考和佐证。

尺度是生态学中的一个核心问题, 基于多尺度更能抓住物种–环境之间关系。生境适宜性模型可以定量并多尺度研究物种-环境关系, 被广泛应用于野生动物生境适宜性评价中。本文以丹顶鹤(Grus japonensis)为研究对象, 以其迁徙和越冬的重要地区——黄河三角洲自然保护区为研究区域, 应用二项逻辑斯谛回归模型, 并结合地理信息系统和遥感技术, 在10-1,500 ha之间, 通过变换空间尺度大小构建了10个空间尺度下丹顶鹤生境适宜性模型。通过检测尺度对模型构建的影响, 选择最佳模型开展丹顶鹤生境适宜性分析和评价。尺度影响分析结果表明: 环境因子的拟合能力和模型的预测精度均存在尺度效应, 空间尺度为50 ha时的单尺度模型为最佳单尺度模型, 多尺度模型优于所有单尺度模型。模型分析结果表明: 丹顶鹤适宜生境占保护区总面积的25%以上, 且大部分适宜生境分布在自然保护区南部,自然保护区北部由于缺乏淡水来源, 适宜生境较少。为有效保护丹顶鹤生境, 建议加强保护区湿地生境监测、评价和规划, 以及对人为干扰活动进行监督和管理。

为探讨不同发育阶段林分下的雌雄异株植物与性别相关的性比格局和空间分布, 以5.2 ha的中龄林和1.0 ha的老龄林固定监测样地内簇毛槭(Acer barbinerve)雌、雄植株的定位观测数据为基础, 对比分析了长白山不同林龄的阔叶红松林中的已花簇毛槭的性比格局、空间分布及其与环境因子间的关系。研究结果表明: 中龄林和老龄林中雌树的胸径均显著大于雄树, 总体上性比极显著偏离1:1。随着树木的生长, 性比由偏雄性转变为不再偏离1:1, 这可能是因为雄树始花胸径较小所致。O-ring单变量点格局分析显示中龄林样地中的雌树和雄树符合异质性泊松分布, 老龄林样地中的雌树和雄树均完全随机分布。O-ring双变量点格局分析显示, 在随机标签假设下, 中龄林中的雌树和雄树在1-4 m尺度上空间负相关, 在4-100 m尺度上空间独立, 老龄林中的雌树和雄树在所有尺度上空间独立。簇毛槭在中龄林和老龄林中不同的空间分布格局说明中龄林中簇毛槭分布的斑块性相对明显, 随着林分的发育, 郁闭度较高的老龄林样地中环境异质性降低, 环境因子对簇毛槭分布的影响减弱。典范冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明在中龄林中, 林分密度只能解释3.73%的雌树分布的变异, 与雄树分布的相关性不显著, 叶面积指数和非生物因子对雌树和雄树的影响均较弱; 老龄林中簇毛槭的分布与生物因子和非生物因子的相关性均不显著。

基于2005年6月开始的放牧控制实验, 研究了不同草地利用方式和放牧强度对内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原群落初级生产力和补偿性生长的影响。草地利用方式包括: 传统放牧、传统割草和放牧与割草轮换利用(混合利用)。结果表明: 传统放牧和混合利用方式下, 羊草群落地上生物量均随放牧强度增加逐渐降低。高载畜率下, 羊草群落地上净初级生产力表现为: 混合利用>传统割草>传统放牧, 说明混合利用方式优于传统放牧和传统割草利用方式; 而低载畜率则有利于草原的可持续利用和植物的补偿性生长。这一实验结果在一定程度上验证了放牧优化假说。在不同利用方式、地形因素的影响和采用不同的群落净生长量计算方法时, 随着放牧强度的变化, 等补偿、超补偿和欠补偿效应都可能出现。在低载畜率下, 群落大多表现出等补偿生长, 在高载畜率下, 群落大多表现出欠补偿生长。植物群落的补偿性生长与载畜率的关系可以用开口向下的二次函数或者斜率为负的线性函数模拟。说明随着载畜率的增加, 一些系统表现为欠补偿生长, 而另一些系统则表现为超补偿生长, 这可能与植物群落组成、地形部位(平地、坡地)和载畜率以及净生长量的计算方法有关。

物种丰富度和种域(即物种分布范围)沿环境梯度的变化是生物地理学和生物多样性研究的核心问题。岛屿由于受到地理隔离的作用, 其物种分布、多样性格局及其成因的特殊性对于发展和检验生物地理学的假说具有重要意义。Rapoport法则提出,生物种域存在着随海拔上升而增大的趋势。台湾地区具有显著的海拔梯度和典型的岛屿环境, 其植物区系丰富而独特。我们首次对台湾维管束植物的海拔分布进行研究, 包括不同类群植物的物种丰富度和种域的海拔梯度格局, 并检验了Rapoport法则的适用性。综合相关信息得到台湾维管束植物区系包含241科1,466属4,751种(含种下单位), 对其中具有海拔分布范围信息的3,330种植物进行统计, 结果表明: (1)台湾维管束植物科、属、种的丰富度总体上随海拔上升而减小, 入侵植物丰富度具有类似格局, 而台湾特有植物呈现明显的单峰格局; 按照分类群计, 蕨类植物和裸子植物为单峰格局, 被子植物的3个生态类群均为单调递减格局。(2)物种种域海拔宽度与海拔的关系随不同类群和分析方法而异。其中, 入侵植物的种域宽度和中点海拔具有显著的正相关关系, 支持Rapoport法则, 而全部植物和特有植物不支持; 蕨类植物的海拔分布支持Rapoport法则, 裸子植物不支持, 其他分类群因方法不同而结果之间不一致。我们还比较了台湾和周边大陆和岛屿山地的物种丰富度海拔格局, 认为它们物种丰富度海拔梯度模式的不同可能与降水海拔格局的差异有关; 而关于Rapoport法则的检验表明, 即使在同一山体, 不同类群植物分布范围的海拔模式也可能取决于不同的因素和作用机制。