拷贝数目变异是一种对表型变异和生物进化具有重要意义的基因组结构变异。以前的研究表明不同物种中F-box基因的拷贝数目差异较大。为了深入探索拷贝数目变异的式样和机制, 我们以12个果蝇近缘种为研究对象, 分析了F-box基因的系统发育关系、进化式样以及它们在染色体上的位置。结果发现, 虽然各个物种中F-box基因的拷贝数目差别不大(42-47个), 但是仍然存在着很多引起拷贝数目变异的基因获得和丢失事件。这说明表面上变化不大的拷贝数目在一定程度上掩盖了频繁发生的基因获得和丢失事件。通过比较这些基因在染色体上的位置, 发现只有在亲缘关系很近的物种之间才能鉴定出有明显微共线性关系的基因组区段。我们还发现, 造成F-box基因拷贝数目增加的主要机制是散在重复和串联重复, 而反转录转座和新基因的非编码区起源也是两种值得注意的机制。此外, 序列变异导致的外显子边界变化以及外显子丢失是引起拷贝数目减少的两种机制。在12种果蝇的最近共同祖先中, F-box基因的拷贝数目与现存物种基本相似, 但是基因的获得和丢失事件使得现存物种中的F-box基因在构成上已经有了明显的差别。对数目变异的式样及其与基因功能的关系的研究表明, 拷贝数目变异是F-box基因家族“生与死”的进化在基因组层面的系统反映, 并有可能为表型变异提供了原始材料。

本研究利用87对SSR引物分析了80份栽培小豆(Vigna angularis)、22份野生小豆(V. angularis var. nipponensis)以及10份豇豆属(共7个种)近缘植物, 旨在比较豇豆属不同种的遗传多样性, 并分析种间的遗传关系。结果显示87对SSR引物在112份小豆及其近缘植物资源中共检测到667个等位变异, 其中有75个、71个和82个SSR位点分别在栽培小豆、野生小豆和近缘植物中表现为多态。随机抽样分析发现, 平均每SSR位点检测到的等位变异数目为近缘植物>野生小豆>栽培小豆, 与多态信息含量(PIC)值一致, 说明近缘植物及野生小豆中蕴含着丰富的遗传变异, 是栽培小豆育种的重要基因来源。聚类分析显示, 栽培小豆、野生小豆和近缘植物间的遗传分化比较明显, 分别聚为三大类, 其中栽培小豆的遗传背景与其生态环境相对应; 近缘植物又可以分为三个亚类, 亚类间的遗传距离与其亲缘关系相对应。本研究结果也说明利用SSR标记辅助豇豆属的种间分类是可行的。

次级花粉呈现是植物提高花粉输出和接受的效率与准确性以及促进异交的一种繁殖策略。新疆党参(Codonopsis clematidea)具有典型的次级花粉呈现特性。本文采用野外观测、授粉实验与室内显微观测等方法, 对该物种的花部综合征及其次级花粉呈现过程进行了详细观测, 并对这些特征的适应意义进行了探讨。结果表明: 新疆党参钟状下垂的蓝色花冠及黑黄色蜜腺, 不仅避免了雨水冲刷雌雄蕊、稀释花蜜以及风移出花粉等不利影响, 还增加了对传粉者的吸引, 延长了花粉活力及柱头可授性持续时间。次级花粉呈现属于亚顶端花柱呈现者, 呈现机制为沉积机制。该特性限制了单个传粉者带走的花粉量, 延长了花粉呈现时间, 使更多传粉者参与传粉过程, 增加了雄性适合度。其雄性先熟及雌雄蕊空间位置变化, 避免了雌雄功能干扰, 为传粉者取食花蜜、输出花粉以及柱头接受异源花粉提供了通道和机会。其泛化传粉系统的主要传粉昆虫为林野熊蜂(Bombus silvarum)、草地熊蜂(B. paradoxus)和树长黄胡蜂(Dolichovespula sylvestris), 其较长的单花花期(6 d左右), 昆虫访花高峰期与花粉活力最高时期及柱头最佳授粉期相吻合, 以及较大的泌蜜量、较高的花蜜糖浓度和较长的泌蜜时间等特征, 可提高传粉者的访花频率, 增加成功传粉的机会和传粉效率。在气候多变的天山山区,该物种特殊的花部综合征和次级花粉呈现机制对提高其传粉效率并促进异交繁殖成功具有重要意义。

原始云杉林是青藏高原东部林区近林线森林的重要类型之一, 但关于其林分结构与多样性的科学认识到目前为止仍然是贫乏的。为了揭示云杉原始林的层次结构及其相互关系、维管植物组成特点, 选择四川省壤塘县北部日柯沟近林线的紫果云杉(Picea purpurea)原始林为对象, 调查了6个40 m×50 m样地的乔木层结构, 并在样地内采用机械布点的方法设置180个小样方, 调查了林下灌木层、草本层和苔藓层结构以及灌草层物种组成。结果显示: (1)云杉原始林为复层异龄林, 乔木层分化明显, 可划分为4个亚层; 幼树密度不高但集中分布于林窗及其边缘(144±93株/ha); (2)林下灌木盖度与物种丰富度低, 层片结构简单, 呈明显的斑块状分布; 而草本层与苔藓层发达, 盖度与物种丰富度均较高; (3)6个样地共发现维管植物124种, 隶属于30科68属。其中草本109种, 灌木15种, 以温带区系成分占优势, 特有性缺乏; 生活型以地面芽植物为主体(61.29%)。综合分析表明, 该林分为藓类云杉林, 群落结构完整、稳定, 自然更新能力强, 与本区域内亚高山或高山林线森林具有相似的物种组成和多样性特点, 但群落结构则明显不同。

为揭示坡向差异对蕨类植物多样性的生态影响, 作者在广东新会古兜山自然保护区海拔1,000 m以下的中低山植被东、南、西、北4个坡向, 分别选取10个5 m × 5 m的样方进行调查, 分析蕨类植物群落多样性和种类组成的差异。结果表明: (1)东坡(半阴坡)与北坡(阴坡)物种多样性最丰富, 而西坡(半阳坡)和南坡(阳坡)相对贫乏; (2)4个坡向的相似性系数均很低(不超过0.5), 其中南坡(阳坡)与北坡(阴坡)间种类组成差异最大; (3)反映热量差异的区系地理性质分析显示, 热带性质蕨类植物在阳坡占优势, 而非热带性蕨类在阴坡占优势, 南坡、西坡、东坡、北坡的热带成分比例依次下降; (4)反映光照条件的植物耐荫程度分析显示, 阴性种类占优势, 阳性和耐荫性种类较少, 其阴性蕨类植物的比例依南坡、西坡、东坡、北坡顺序增加; 阳性蕨类植物比例最高的坡面是西坡, 而最低的是东坡, 南坡的比例稍高于北坡。研究结果显示坡向差异对蕨类植物物种及其生态习性的多样性分布格局具有比较明显的影响, 蕨类植物多样性可以作为环境和气候变化的一个较好的指示物种。

为探明淀山湖浮游植物群落结构演变与富营养化之间的关系, 于2004-2006年对上海市最大天然淡水湖泊淀山湖的浮游植物进行逐月采样调查, 分析其群落结构特征。共采集到淀山湖浮游植物84属205种, 主要由绿藻(种类数占50%)、硅藻(20%)、蓝藻(13%)、裸藻(13%)等组成。相邻两月之间种类相似性系数呈现冬春季高、夏秋季低的趋势; 优势种为银灰平裂藻(Merismopedia glauca)、小席藻(Phormidium tenus)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、具缘微囊藻(M. marginata)、湖泊鞘丝藻(Lyngbya limnetica)、微小色球藻(Chroococcus minutus)、颗粒直链藻最窄变种(Melosira granulatavar. angustissima)、啮蚀隐藻(Cryptomonas erosa)、小球藻(Chlorella vulgaris)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)等。浮游植物群落细胞数量主要由蓝藻(42.73%)、绿藻(37.75%)、硅藻(12.67%)和隐藻(6.06%)组成; 生物量主要由硅藻(36.75%)、蓝藻(16.78%)、绿藻(16.36%)和隐藻(13.53%)等组成。淀山湖浮游植物群落结构季节演替模式不同于PEG(Plankton Ecology Group)模型, 其中蓝藻从春末开始大量出现, 夏季大量繁殖, 一直延续到秋初。综合文献资料看出, 淀山湖浮游植物群落已从1959年的硅藻-金藻型、1987-1988年的隐藻-硅藻型演变为2004-2006年的蓝藻-绿藻型; 数量由1959年的10³ind./L上升至2004-2006年的1.11× 10⁷cells/L。演替的总体趋势表现为: 贫中营养型的金藻、甲藻比例下降, 富营养型的蓝藻、隐藻和微型绿藻增加。浮游植物数量和群落结构的演变指示了淀山湖水体的富营养化进程。

物种受威胁等级的评估是确定物种优先保护顺序和制订濒危物种保护策略的重要依据, 是生物多样性保护工作中的一个重要步骤。本研究以《国家重点保护野生植物名录》所列物种(包括即将发布的物种)为评估对象, 采用IUCN红色名录受威胁等级和标准, 从全国尺度上对我国重点保护野生植物的受威胁等级进行了评估。评估结果为: 绝灭(EX)2种, 野外绝灭(EW)3种, 极危(CR)310种, 濒危(EN)638种, 易危(VU)911种, 近危(NT)117种, 无危(LC)162种, 数据缺乏(DD)34种。将评估结果与国家I、II保护级别进行对比, 发现两者之间存在较为明显的不一致性, 其原因是物种的受威胁程度并不是确定受保护物种以及划分保护级别的唯一依据。该研究为建立我国重点保护野生植物受威胁等级体系、实施有效的保护策略提供了科学参考。

黑龙江五大连池处于大小兴安岭和松嫩平原的交错地带, 在过去210万年间经历了7次大规模的火山喷发, 是中国保存最为完好的内陆火山遗迹, 2010年被我国政府遴选为世界自然遗产提名地。为了科学、准确地阐述五大连池生态方面的突出普遍价值, 本文在《实施世界遗产公约操作指南》的框架下, 整合野外调查数据和文献资料, 在与其他相关世界遗产地充分比较的基础上, 较为全面地分析了五大连池的生态价值。五大连池植物地理特征交错, 区系来源广泛; 物种组成相对丰富; 发育在熔岩台地上的矮曲林反映了植物的特殊适应过程; 特有成因形成了陆生和水生两个完整的植被演替序列; 陆生植被演替同时存在普通演替和斑块动态演替两种模式, 在熔岩地貌上斑块动态演替模式更为随机而高效。上述生态特征充分展示了五大连池正在进行的生物生态过程, 体现了五大连池独特的生态价值, 为后续有效保护和深入科学研究提供了支撑。

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)是青藏高原高寒草甸生态系统的关键种, 其生境利用特征对高寒草甸植被保护的影响一直是重要的研究内容。我们于2008年9月在四川省石渠县云波沟面积为44 km²的研究区域内进行了高原鼠兔有效洞穴数量样线调查。该地区一直以来放牧压力较小, 2006年起执行国家西部退牧还草政策后, 放牧完全停止。调查期间共完成样线7条, 总长度19 km, 获得取样单元2,423个。根据中巴资源2号卫星2008年9月18日拍摄的遥感图像计算并提取研究区域归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)数据。利用石渠县地形数字地图建立数字高程模型计算坡度。用Bonferroni z 检验比较取样单元内鼠兔洞穴数量与NDVI以及洞穴数量与坡度间的相互关系发现: NDVI值较低区间(0.1-0.3)内鼠兔洞穴数量显著低于理论预期值, 中等NDVI值区间(0.3-0.4)内鼠兔洞穴的数量与理论值没有显著差异, 而NDVI值较高区间(0.4-0.6)内, 鼠兔洞穴的数量显著高于理论预期。回归分析结果表明: NDVI与洞穴数有显著正相关的线性回归关系 y = 16.50 x+ 0.87(R²= 0.78,P<0.001); 鼠兔有效洞穴数量和坡度没有显著的线性关系(R²= 0.04, P = 0.441)。因此, 我们认为在无家畜竞争的自然环境中, 栖息地植被的质量是影响高原鼠兔空间分布的重要因素。高原鼠兔有选择地利用植被较好的生境而避免使用植被过度退化的生境, 这种利用方式在客观上防止了栖息地植被的过度破坏。

为反映我国亚热带河口和海湾鱼类区系特点, 作者于2008年春季(4月)和夏季(9月)在闽江口和兴化湾海域, 采用单拖网进行鱼类学调查, 并分析了两个海域鱼类种类组成和生态适应性等, 进一步运用 Ochilai相似性系数分析两个海域鱼类种类相似性。结果表明, 在兴化湾共捕获鱼类108种, 其中春季出现48种, 夏季出现81种。春季竹筴鱼(Trachurus japonicus)是关键种, 矛尾虾虎鱼(Chaeturichthys stigmatias)等是常见种; 夏季六指马鲅(Polynemus sextarius)是关键种, 赤魟(Dasyatis akajei)等是常见种。闽江口共捕获鱼类77种, 其中春季出现36种, 夏季出现57种。春季, 凤鲚(Coilia mystus)和龙头鱼(Harpodon nehereus)是优势种, 赤鼻棱鳀(Thryssa kammalensis)等是常见种; 夏季凤鲚是优势种, 横纹东方鲀(Takifugu oblongus)等是常见种。温度适应上, 兴化湾和闽江口鱼类均以暖水种为主, 分别占总种数的76.62%和75.00%, 其余是暖温种; 在盐度适应方面, 则是沿岸种和近海种居多, 分别占总种数的91.67%和87.01%。闽江口的河口种多于兴化湾。两个海域鱼类种类组成的相似度较高, 而各自水体不同季节之间的相似度较低。由此推测, 季节变化是导致兴化湾或闽江口鱼类种类组成变化的主要因素, 盐度差异是次要因素。

为探明甘肃、宁夏和内蒙古盐碱土中AM真菌多样性及其与土壤因子间的关系, 2005年5月从甘肃、宁夏和内蒙古7个县(市)的盐碱土中采集主要植物的根围土壤样品, 研究了AM真菌物种多样性。在分离的4属28种AM真菌中, 球囊霉属(Glomus)20种, 多孢囊霉属(Diversispora)2种, 原囊霉属(Archaeospora)2种, 无梗囊霉属(Acaulospora)4种。其中根内球囊霉(G. intraradices)和薄壁原囊霉(Ar. leptotichum)的分离频度最高。相关分析和通径分析(path analysis)结果表明, AM真菌种的丰度与土壤有机质和速效N含量呈显著负相关; Cl^-、CO₃^2-、HCO₃^-、Na⁺、Ca²⁺、有机质、速效P和速效K直接影响AM真菌种的丰度, 而SO₄^2-、K⁺、水溶性全盐、Mg²⁺、 pH和速效N则间接影响AM真菌种的丰度; 土壤有机质对AM真菌Shannon-Wiener多样性指数有显著直接负效应; Cl^-、CO₃^2-、K⁺、Mg²⁺、有机质、速效P和速效K直接影响Shannon-Wiener多样性指数, 而HCO₃^-、Na⁺、Ca²⁺、SO₄^2-、水溶性全盐、pH和速效N则间接影响Shannon-Wiener多样性指数。冗余度分析结果表明, AM真菌种的相对多度与土壤因子间有显著相关性。可见, 甘肃、宁夏和内蒙古盐碱土中AM真菌种类丰富, 其多样性与土壤养分状况、盐度以及离子含量有关。

红豆树(Ormosia hosiei)为我国特有的国家II级保护珍稀濒危植物, 有关动物对种子的捕食和扩散作用是否影响其种群更新目前尚无研究。2009年秋季, 我们在四川省都江堰地区利用大型实验围栏研究了小泡巨鼠(Leopoldamys edwardsi)和社鼠(Niviventor confucianus)对红豆树种子的捕食和贮藏格局, 以便了解鼠类在红豆树种子扩散中的潜在作用。结果表明小泡巨鼠和社鼠均取食红豆树种子, 但二者贮藏种子的方式不同: 社鼠主要集中贮藏种子, 对红豆树种子的扩散作用不大, 而小泡巨鼠则主要分散贮藏种子, 故对红豆树种子有一定的扩散作用。研究结果说明尽管鼠类可通过捕食而降低种子存活, 但分散贮藏的鼠种能促进红豆树种子的扩散, 从而有利于其种群维持。

回归(reintroduction)指的是在一个物种出现濒危的现有分布区域或已经灭绝的历史分布区域内建立新种群的活动。作为物种保护及种群恢复的重要策略之一, 回归在越来越多的珍稀濒危植物保护实践中得到了应用。回归的成功标准分为短期和长期两类, 前者包括个体的成活、种群的建立和扩散;后者包括回归种群的自我维持和在生态系统中发挥功能等。珍稀濒危植物的回归是一项高风险和高花费的工程, 需要根据种群遗传学和生态学理论, 选择合适的繁殖体、扩繁方式、回归地点和生境、定植时间、定植方式等, 还要考虑传粉者和共生物种, 并开展回归后的长期监测。为保证回归的成功并把回归过程中可能对生态环境造成的不利影响降到最小, 还需要防止遗传污染、避免源种群的过度采集、加强公众教育、加强长期监测等。不同植物的回归面临着各不相同的具体困难, 兰科植物的回归面临更多的困难, 如材料扩繁难与存活率低等。基于生态学、传粉生物学、繁殖技术、真菌学和种群遗传多样性研究基础上开展兰科植物的回归, 被证明是有效的综合保护策略。

被子植物自交后结籽率的降低通常由早期近交衰退(early-acting inbreeding depression)与晚期自交不亲和(self-incompatibility)导致。早期近交衰退是严格的合子后的作用机制, 通常由多位点隐性有害基因的纯合导致, 并在合子发育成成熟种子的过程中发生。发生在柱头表面或花柱中的自交不亲和是合子前的作用机制, 而发生在子房内的晚期自交不亲和(late-acting ovarian self-incompatibility)可在合子前或合子后发生作用, 与早期近交衰退很难区分。在合子前的子房内自交不亲和机制下, 尽管花粉管能生长到子房甚至穿透胚珠, 但通常不能形成合子。合子后的子房内自交不亲和能形成合子, 但由于自交不亲和通常由单位点控制, 合子败育集中发生在受精作用后的很短时间内。基于早期近交衰退和子房内自交不亲和的这种差异, 已有研究提出了8种区分方法。通过解剖学方法观察授粉后生物学过程, 比较自交和异交先后授粉和自交授粉处理的结籽率, 以及通过一元线性回归模型考察自交和异交处理下成熟种子和败育种子数之和是否保持恒定, 可以区分是合子前还是合子后过程导致的自交后种子产量降低。通过全同胞间杂交实验判断败育的遗传基础是单基因控制还是多位点有害隐性等位基因的纯和, 可以区分合子后自交不亲和机制与早期近交衰退; 或者通过这两种不同遗传基础导致的种子大小等表型性状的差异来区分。

《生物多样性公约》第10次缔约方大会(2010年10月, 日本名古屋)通过了《名古屋议定书》, 这为全面实现《生物多样性公约》的三大目标, 特别是第三项目标(公平公正地分享因利用遗传资源所产生的惠益)迈出了关键一步。建立遗传资源及相关传统知识获取与惠益分享(ABS)国际制度是《生物多样性公约》过去10年来的一项主要任务, 《公约》缔约方大会于2000年专门建立了 “ABS工作组”, 致力于该ABS国际制度的谈判。自2001年在德国波恩召开ABS工作组第1次会议到《名古屋议定书》达成, 一共召开了9次工作组会议, 其中第9次工作组会议召开了3次续会。《名古屋议定书》的主要内容包括: 议定书目标; 适用范围; 获取遗传资源及相关传统知识的要求(事先知情同意程序); “共同商定条件”下公平分享因利用遗传资源和相关传统知识所产生的惠益; 确保遵约的措施, 包括披露遗传资源来源与原产地, 遗传资源合法来源证书和监测遵约的检查点; 能力建设等。谈判中最为核心的问题是遗传资源的定义是否包括衍生物, 以及采取何种措施监测遗传资源的利用。因分歧太大, 议定书文本未能规定在申请专利时强制性披露遗传资源来源及原产地, 对建立遵约的监测检查点也未严格要求, 在处理收集保存库中遗传资源的获取与惠益分享方面也不太明确。中国是全球生物多样性最为丰富的国家之一, 是遗传资源重要提供国。《名古屋议定书》的通过和实施将对加强中国生物遗传资源的保护及促进其公平惠益分享具有重要意义。中国需要加强国家层次的立法, 以配合议定书的实施。

为了解怒江河谷低海拔地区的生物多样性, 我们以兰科植物为例, 对怒江河谷贡山和福贡段海拔1,600 m以下的4片残留原生植被中的兰科植物多样性和受威胁状况进行了调查。通过4次野外路线法考察和相关的室内标本研究, 发现这些残存的森林中兰科植物多样性非常丰富, 目前已记录33个属60种兰科植物, 其中附生兰为42种, 地生兰为18种。在已鉴定的物种中, 一种毛兰属植物(Eria sp.)为中国新记录种或新种, 疣花三角兰(Trias verrucosa)为怒江河谷特有, 洛氏羊耳蒜(Liparis rockii)为怒江河谷和独龙江河谷所特有, 杓兰属一种(Cypripedium sp.)、盆距兰(Gastrochilus calceolaris)、羽唇兰(Ornitochilus difformis)、带叶兰(Taeniophyllum glandulosum)、匙萼卷瓣兰(Bulbophyllum spathulatum)、短穗竹茎兰(Tropidia curculigoides)、卵叶火烧兰(Epipactis royleana)等为本区域新记录种。这些兰科植物面临的主要威胁为生境破碎化、生境质量下降和生境丧失。我们建议尽快开展该地区生物多样性调查和濒危状况评估, 并制定和实施有效的保护措施。