海草床是地球生物圈中最富有生产力、服务功能价值最高的生态系统之一。目前, 全球各国海草分布信息正在逐渐明晰, 而中国在全国性海草分布的汇总信息中尚属空白, 种类多样性资料也急需更新, 中国海草“家底”信息的极度匮乏大大地阻碍了国家层面上海草保护与恢复工作的开展。为此, 我们对中国海草种类、面积及退化情况进行了汇总分析。结果表明: 中国现有海草22种, 隶属于10属4科, 约占全球海草种类数的30%。原在中国海草名录中的澳洲波喜荡(Posidonia australis)为鉴定错误, 中国到目前为止并未发现该种。中国海草分布区可划分为两个大区: 南海海草分布区和黄渤海海草分布区。前者包括海南、广西、广东、香港、台湾和福建沿海, 共有海草9属15种, 以喜盐草(Halophila ovalis)分布最广; 后者包括山东、河北、天津和辽宁沿海, 分布有3属9种, 以大叶藻(Zostera marina)分布最广。中国现有海草场的总面积约为8,765.1 ha, 其中海南、广东和广西分别占64%、11%和10%, 南海区海草场在数量和面积上明显大于黄渤海区。南海区海草场主要分布于海南东部、广东湛江市、广西北海市和台湾东沙岛沿海; 黄渤海区海草场主要分布于山东荣成市和辽宁长海县沿海。广东、广西两省的海草场主要以喜盐草为优势种, 海南和台湾多以泰来藻(Thalassia hemprichii)为优势种, 山东和辽宁多以大叶藻为优势种。中国海草场退化严重, 人为干扰是导致其退化的主要原因, 突出表现为在海草床海域破坏性的挖捕和养殖活动, 以及在海草生境和周边的围填海活动。中国海草资源的调查及保护研究整体落后, 但南海区领先于黄渤海区。为促进我国海草保护的全面推进, 应全面启动我国海草种类资源和海草场分布的普查行动, 加强海草场动态监测、建立中国国家海草监测网, 加快海草自然保护区的建立步伐, 强化海草床恢复和海草种质资源保护研究工作, 并规范海草植物的中文命名。

有关北冰洋尤其是西北冰洋浮游植物聚群的资料非常不足。本研究拟通过我国第四次北极科考期间(2010年7月20日至8月30日)在西北冰洋(67.0^o-86.1^o N, 152.5^o-169.0^o W)调查得到的藻类物种组成及其分布资料, 描述调查区表层浮游植物群落物种多样性特征, 以便全面地了解陆架至深海盆的浮游植物对持续的海冰变化的响应以及北极生态系统的演变。浮游植物样品采集自我国第四次北极科考期间“雪龙”号船在西北冰洋的50个测站。结果表明: 西北冰洋表层浮游植物物种丰富, 共鉴定出浮游植物(>5 μm)10个门类(纲)67属152种, 可归为4个生态类群, 即极地类群、北极北方类群、暖温带类群和世界性广布类群; 在调查期内浮游植物多样性的空间差异显著, 主要反映在不同海域群落组成的空间异质性和细胞丰度的变化方面。聚类分析显示本海区表层浮游植物聚群可划分为浅海陆架群落和深海大洋群落, 前者平均丰度和物种丰富度指数分别为892.6×10² cells/L和1.81, 皆远高于后者(27.7×10² cells/L和1.28)。两个群落的优势种组成不同, 浅海陆架群落优势种丰富, 由大洋舟形藻(Navicula pelagica)、诺登海链藻(Thalassiosira nordenskioeldii)、皇冠角毛藻(Chaetoceros diadema)、成列伪菱形藻(Pseudo-nitzschia seriata)、丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicus)、长菱形藻(Nitzschia longissima)和海洋拟脆杆藻(Fragilariopsis oceanica)等种类组成, 并在调查期间经历了从羽纹硅藻到中心硅藻的演替过程; 深海大洋群落主要优势种为菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides)。文中还讨论了表层浮游植物聚群的分布特征及其与若干环境因素的关系。

为了解莱州湾海域游泳动物群落现状及变化, 作者于2010-2011年春季(5月)、夏季(8月)、秋季(10月)和冬季(12月)在该海域进行了8航次底拖网调查, 对游泳动物的种类组成、优势种与多样性进行了研究。调查共捕获游泳动物85种, 包括鱼类55种、甲壳类25种、头足类5种; 鲈形目最多(28种), 十足目(24种)次之。游泳动物种数存在明显的季节变化, 主要是鱼类种数变化引起的, 甲壳类和头足类种数季节变化较小。优势种分析表明, 目前莱州湾中上层鱼类以青鳞小沙丁鱼(Sardinella zunasi)、斑鰶(Konosirus punctatus)和赤鼻棱鳀(Thryssa kammalensis)为主, 底层鱼类以矛尾虾虎鱼(Chaeturichthys stigmatias)、斑尾刺虾虎鱼(Acanthogobius ommaturus)和短吻红舌鳎(Cynoglossus joyneri)为主, 甲壳类以口虾蛄(Orgtosaquilla oratoria)、日本虫寻(Charybdis japonica)和日本褐虾(Crangon hakodatei)为主, 头足类以枪乌贼(Loliolus sp.)为主。枪乌贼、矛尾虾虎鱼、斑鰶在2年调查中均为优势种, 鳀(Engraulis japonicus)已不再是莱州湾的优势种类。Shannon-Wiener指数夏季最高, 冬季最低, 其季节间差异显著(F=6.003, P<0.001), 而年间差异不显著(t=0.446, P=0.657>0.05); 调查海域西南部的站位Shannon-Wiener指数较低, 而东北部则较高。自20世纪50年代末以来, 莱州湾游泳动物种数特别是鱼类种数呈下降趋势, 目前, 软骨鱼类及硬骨鱼类中的河口种、溯河洄游种、大型经济种、鲆蝶类和东方鲀类等种数已显著减少; 群落优势种沿带鱼(Trichiurus lepturus)、黄鲫(Setipinna taty)、鳀、赤鼻棱鳀、枪乌贼不断向更小型化的方向演替。增殖放流种类在调查中均有渔获, 仅鮻(Liza haematocheilus)于2010年冬季成为该季节优势种, 表明增殖放流活动并未较大程度改变莱州湾游泳动物群落结构。目前夏季是游泳动物群落的Shannon-Wiener指数最高的季节, 也略高于1982-2006年调查结果, 可能与伏季休渔政策保护了当年生幼鱼有关。

为了解高密度贝类养殖模式下潮间带底栖贝类的物种组成、时空分布以及多样性特征。作者于2008-2009年分别对雷州半岛流沙湾海草床区、贝类养殖区以及非养殖区等三个海区潮间带进行底栖贝类采样。结果表明: (1)潮间带共有贝类97种, 非养殖区分布种类最多(58种), 海草床区则最少(49种), 珠带拟蟹守螺(Cerithidea cingulata)与纵带滩栖螺(Batillaria zonalis)均属三海区的优势种类; (2)非养殖区与海草床区底栖贝类生物量及丰度均以9月份最高, 5月份最低。海草床区及贝类养殖区底栖贝类的生物量与丰度均为高潮区>中潮区>低潮区。(3)Margalef丰富度指数与Shannon-Wiener多样性指数最高的海区是非养殖区, Pielou均匀度指数则以贝类养殖区的最高。从K-优势度曲线亦分析得出贝类养殖区受干扰程度最大。分析表明, 贝类养殖区与海草床区潮间带底栖贝类的群落结构不稳定且生物多样性较低, 其中较低的贝类养殖密度、适量面积的海草床覆盖率、混合型底质类型及强波浪扰动能提高底栖贝类的群落结构稳定性与生物多样性。

β多样性度量群落物种组成随环境梯度的变化程度。为了了解地理距离和地形差异在连续空间中对β多样性的影响, 本文比较研究了地形复杂的我国古田山24 ha亚热带常绿阔叶林样地和地形平坦的巴拿马Barro Colorado Island(BCI)50 ha热带森林样地植物群落的β多样性及其形成机制, 在不同取样粒度(grain)上分析了地理距离和地形差异对β多样性的影响。我们采用1-Chao-Jaccard指数作为β多样性的度量指标, 然后用Mantel和Partial Mantel等检验来分析地理距离、地形以及5种地形因子单独对β多样性的影响。结果表明, 两个样地中群落的β多样性均具有粒度依赖性: 粒度越大, β多样性越小; 同时, 两样地β多样性均受到距离和地形的显著影响, 且随着粒度的增大, 群落β多样性与距离的相关性呈相似的单调递增趋势。另外, 地形对较复杂的古田山样地各粒度上植物群落β多样性的影响均较大, 且主要由海拔和凹凸度两个因素造成; 而地形对较平坦的BCI样地植物群落β多样性的影响则较小。本研究结果提示, 生态位过程和扩散过程都是形成β多样性的重要机制。

植物功能性状(plant functional trait)的进化历史及其与群落结构的关系是近年来生态学研究的热点问题之一。为探究植物功能性状受系统进化历史的影响程度, 以及功能性状是否通过影响物种多度分布进而影响群落结构等问题, 本研究以古田山24 ha永久性监测样地中的156种木本植物为对象, 收集了叶片氮含量、叶片磷含量、叶面积、木质密度、比叶面积和种子重量6种功能性状的数据, 用K值法检验了各个功能性状的系统发育信号(phylogenetic signal), 并运用系统发育独立比较(phylogenetic independent contrasts, PIC)的方法分析了各个性状与多度的关系。结果显示, 所有6种功能性状都表现出较强的系统发育信号, 表明本区域木本植物系统发育历史显著地影响这些功能性状; 另一方面, 叶氮含量、叶磷含量、叶面积、木质密度和比叶面积与物种多度显著相关, 而种子重量与物种多度没有显著的相关性, 表明群落内不同物种的资源获取方式可显著地影响群落的结构。

为了掌握亚热带森林木本植物的果实特征与其种子扩散策略之间的关系, 我们在都江堰般若寺林场10个森林斑块共设置了240个种子雨收集器, 对常见木本植物的果实组成、果实特征、结实物候和扩散模式等进行了调查。从2009年4月至2010年12月, 共收集到成熟果实10,542颗, 分属24科36属42种。物种数和果实数在秋季(9-12月)达到高峰, 在物种数量上以壳斗科(17%)、樟科(12%)、蔷薇科(10%)占优势。种子扩散模式以食果鸟类扩散的种类最多(52.4%), 其次为啮齿动物贮藏扩散的种类(19.0%)和食果鸟兽共同扩散的种类(16.7%), 以风力扩散的种类最少(11.9%)。果实类型以核果(48%)、坚果(17%)和球果(10%)较为常见, 而果实颜色以黑色(39%)最为常见, 其次是褐色(29%)和红色(21%)。果实直径在10 mm以下的种类较多(64.3%), 且以食果鸟类扩散为主; 10 mm以上的果实多以风力和啮齿动物来扩散的种类为主。研究结果说明都江堰亚热带常绿阔叶林中, 果实高峰出现在秋季(雨季末和旱季早期), 且木本植物的果实特征适合相关动物来传播其种子, 并成为该区域的主要种子扩散模式。

地下芽地下结实是指由植株地下芽分化形成的具长管状花被的花伸出地表开放、而子房在地下发育成果实的一种特殊结实现象。白番红花(Crocus alatavicus)是生长于天山西部亚高山带、具地下芽地下结实特性的多年生早春短命植物。本文采用野外观测和控制实验方法, 对该物种地下子房和幼果的发育特点与种子扩散特性及其适应意义进行了研究。结果表明: 白番红花从开花到地下果实露出地表的发育时间约需35 d, 地下果实在花梗的伸长生长作用下露出地面开裂并扩散种子, 且种子具有油质体等典型蚁传植物种子的特征。蚁类是白番红花种子的主要传播者。在搬运种子的Formica pressilabris、栗色林蚁和黑褐蚁中, F. pressilabris出现的频率最高, 但栗色林蚁搬运的速度最快、距离最远。3种蚂蚁搬运白番红花种子的平均距离为62.4±1.7 cm。Formica pressilabris将白番红花种子搬运至蚁穴中后取食油质体, 且有超过50%的种子被储藏在蚁穴中。啮齿类和鸟类不传播白番红花种子, 但水媒和风媒对种子的短距离散布具有一定作用。这些结果说明: 白番红花的地下结实及蚁传特性不仅可保护发育中的子房及果实躲避地表草食动物的取食, 避免自然火灾对地上果实的伤害, 以及延长果实和种子的发育时间以保障其安全成熟, 还可避免真菌和其他病原体的侵扰、减少同胞之间以及母株与子代间的竞争, 使种子在适宜环境中萌发并建立新的种群。

外来植物的入侵与其繁殖特性密切相关, 比较外来植物在不同生境中的繁殖特性将为揭示其入侵的最适生境及其入侵机制并制定合理的管理策略提供理论依据。黄花刺茄(Solanum rostratum)是一种原产新热带区和美国西南部、仅进行有性繁殖的一年生杂草, 已在中国新疆等7个省/市成功入侵。本文对黄花刺茄在新疆绿洲、荒漠草原和砾质荒漠中的有性繁殖特性进行了研究, 旨在比较该物种在不同生境中的繁殖能力, 明确其在新疆入侵的最适生境。结果表明: (1)黄花刺茄单花开放持续时间为27-47 h。3种生境中植株每天开花时间和单花开放持续时间基本相同, 但开花数/株表现为绿洲>荒漠草原>砾石荒漠, 生境间存在极显著差异(P<0.01)。(2)3种生境中黄花刺茄的传粉昆虫均为四条隧蜂(Halictus quadricinctus)、隧蜂(Halictus sp.)和扁柄木蜂(Xylocopa latipes), 且均为蜂振传粉。其中, 扁柄木蜂的访花次数极少。(3) 3种生境中传粉昆虫的总访花频率表现为绿洲>荒漠草原>砾石荒漠, 彼此间均存在显著差异(P<0.05)。四条隧蜂喜好低温高湿环境, 而隧蜂偏好高温低湿环境, 四条隧蜂的日访花高峰期早于隧蜂。(4) 3种生境中黄花刺茄的结实数/株、结籽数/果实、结籽数/株及种子千粒重表现为绿洲>荒漠草原>砾石荒漠, 且结实数/株与开花数/株及传粉昆虫的总访花频率均呈极显著正相关, 结籽数/果实和结籽数/株与总访花频率均呈显著正相关。这些结果说明: 在新疆干旱区, 绿洲是黄花刺茄入侵的最适生境。黄花刺茄在绿洲中可获得较多的资源, 形成较多的花以吸引更多的传粉昆虫, 并产生较多且千粒重较大的种子。

毛茛叶报春(Primula ranunculoides)是我国特有的珍稀濒危花卉, 具较好的园艺开发潜力, 其野生种群已十分稀少。本文利用9对微卫星引物对7个自然种群共222个个体的遗传多样性和遗传结构进行了研究。结果表明, 与近缘种相比, 毛茛叶报春具较低的遗传多样性, 种群间分化明显。种群的平均观察杂合度为0.286, 期望杂合度为0.330, 种群遗传多样性与植株密度有显著的正相关性, 而与种群大小和面积无显著相关性。种群间的平均基因流N_m = 0.730。AMOVA分析表明毛茛叶报春有48.08%的变异存在于种群间, 51.92%出现在种群内。毛茛叶报春种下的遗传结构与地形关系密切, 山脉间的两湖平原(江汉平原和洞庭湖平原)及武宁和修水低洼农耕区等异质生境是其主要的基因流屏障。建议将毛茛叶报春划分为九岭山、幕阜山、七姊妹山和银炉4个单元进行遗传多样性管理。

西藏珠穆朗玛峰国家级自然保护区(以下简称珠峰保护区)是全球海拔最高、相对高差最大的自然保护区, 主要保护世界上独一无二的极高山生态系统、原始的山地森林以及异常丰富的山地生物多样性, 但人类目前对区内两栖爬行动物多样性的研究和了解却十分有限。为了掌握野生动物资源现状, 促进保护区的有效管理, 2010-2012年, 我们先后5次对珠峰保护区两栖爬行动物资源进行了系统的实地调查, 共采集到61号两栖爬行动物标本。结果显示: 保护区至今已记录到两栖动物9种, 隶属1目3科6属; 爬行动物11种, 隶属1目4科10属。区内两栖爬行动物区系组成以东洋界物种占绝对优势, 共有17种, 古北界物种仅3种; 区系特有性明显, 中国特有种2种、主要分布在中国的物种6种。古北界与东洋界在区内的分界明显且没有交汇, 分界线约在海拔3,600-3,800 m之间。我们相信随着实地调查工作的深入, 在保护区南坡沟谷区域的两栖爬行动物物种总数还会有所增加。

DNA条形码为现代生物学研究提供了丰富的分子信息、标准的数据平台和通用的技术规程。本文从动物、植物和微生物等三方面简要梳理了生物DNA条形码近十年来的兴起和发展历程。参照DNA条形码特征, 将其生物学功能归纳为基本功能(如储备数据、鉴别物种)、延伸功能(如构建系统发育关系、服务特定行业、编制新一代生物图志)以及潜在功能(如物种整合)等三类。根据研究尺度, 划分出类群(主要是专科专属类研究)、群落(以自然保护区和大型固定样地构成的生物群落)和区域(生物多样性热点地区)等三个水平。列出了国际生命条形码组织开展的十大类研究项目, 从系统与分类学、生物多样性保护、系统发育进化生态学和数字化平台建设等四个方面分析了DNA条形码方法涉及的若干重要科学议题, 并指出在各学科应用时可能遇到的问题。DNA条形码技术在生物科学领域潜力巨大, 但还需在研究和论证过程中不断完善。

杜鹃花种质资源是决定未来杜鹃花产业发展潜力的根本。作者通过探讨杜鹃花种质资源保育利用现状与存在的问题, 试图为我国杜鹃花产业的健康与可持续发展提供一些新的思路。目前全球杜鹃花产业的种质资源利用率为12.0-15.0%, 我国仅为8.7-12.2%, 仍具有巨大的利用潜力。现今利用的杜鹃花种类以映山红亚属(Subgenus Tsutsusi)、羊踯躅亚属(Subgenus Therorhodion)等中小型半常绿或落叶类群为主。作者根据多年的观察, 指出了我国的一些适合用于未来品种选育的原始种类。目前, 我国杜鹃花产业主要面临的问题是对种质资源的价值认识不足、研发平台建设滞后、缺乏持续提供新品种及其配套技术的能力等。为此, 作者提出了如下对策: (1)正确认识杜鹃花的资源价值, 加强杜鹃花知识的传播, 在种质资源型产业的构建、改造、运作等过程中充分权衡和监督种质资源基础设计的合理性与可持续性; (2)构建杜鹃花种质资源联盟, 建立3-5个以杜鹃花为主体的自然保护区; (3) 提升杜鹃花产业的研发与创新能力。