多学科整合在生物多样性保护研究中的意义

综述了历史演化过程、生境丧失和片段化、环境因子和种间关系对生物多样性造成的影响,发现濒危物种的种群大小和分布格局往往受到多种因素的影响,全球气候变化和种间杂交等历史动态过程、生境片段化导致的繁殖系统进化和基因交流等种群动态过程、环境因子和种间关系等群落动态过程都会影响到生物多样性现状及其保护.因此,构建一个基于多学科整合的保护生物学研究框架,从不同研究层次、不同时间尺度、不同学科全面揭示致濒机制,对于生物多样性保护具有重要意义.

草乌传粉过程中的广告效应与回报物质研究

虫媒传粉植物与其传粉者之间的相互作用被认为是被子植物花多样性的一个重要选择压力。这种相互作用体现在植物对传粉者的吸引以及传粉者行为对花粉的转运两个方面。本项研究通过去除不同的花部器官研究了草乌(Aconitum kusnezoffii)对其传粉者的吸引,并结合传粉者的访问行为和草乌花的生物学特性探讨了传粉过程与交配系统的适应。红光熊蜂(Bombus ignites)是草乌的有效传粉者。去除花萼片显著降低了红光熊蜂的访问频率,但去除特化成蜜腺叶的花瓣并没有显著改变红光熊蜂的访问频率,这表明草乌吸引红光熊蜂的主要结构是由5枚萼片组成的花部外观形态,而非花瓣。花蜜是草乌提供给红光熊蜂的回报物质,糖浓度为39.23%,组氨酸浓度为0.25μg/μL。草乌花较大、单花花期长、雌雄异熟、花粉寿命长,是一个自交亲和但需传粉者传粉完成繁殖过程的异交物种。草乌花序是无限花序,当上部的花处于雄性阶段时,下部的花正好处于雌性阶段。而红光熊蜂在草乌花序上的访问顺序通常自下而上,带来异交花粉为下部的花进行异花授精,同时又带走上部花的花粉,这就很好地促进了草乌的异交。草乌雄蕊自外向内逐渐成熟,是一种有效的限制传粉者单次访问浪费大量花粉的花粉装配策略,能提高植物通过花粉散布获得的雄性适合度。

不同海拔藜芦种群繁殖特征的初步研究

在北京东灵山地区 ,沿一定海拔梯度 ,对藜芦 (Veratrumnigrum)这一雄花两性花同株的多年生草本植物的繁殖特征进行了初步研究。结果表明 :藜芦开花植株的生物量显著大于未开花植株的生物量。藜芦开花植株大小存在最小临界值 ,总种群的最小临界值为 2 .61g ,不同种群的繁殖临界值存在一定的差异。根据花粉 胚珠比 (Pol len ovuleratio ,P O比 )推测 ,藜芦应属于以异交为主的混合交配系统。雄花的大小与生物量都比两性花小 ,而且其开放时间也晚于两性花 ,但二者的花粉生产量却没有显著差异。这种现象与人们针对雄花两性花同株植物的雄花功能所提出的最优资源分配假说 (Optimalresourceallocationhypothesis)

高校开展生态文明教育的意义与途径

人与自然和谐共生的中国式现代化是我国新时代生态文明建设的战略任务.生态文明是人类发展新阶段,生态文明建设势在必行,其中生态文明教育对于助推生态文明建设具有极其重要的意义.高校在开展生态文明教育工作时,应基于生态文明素养提升的目标设置课程维度,架构生态文明教育课程体系,并建构生态文明教育活动开展所需的环境条件与评价体系.为完善高校生态文明教育建设工作,未来应着重界定学生生态文明素养内涵,促成生态文明教育学段贯通,并开发有效的生态文明素养评价工具,为我国生态文明建设目标的达成提供帮助.

小毛茛居群的遗传分化及其与空间隔离的相关性

采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术 ,对分布于华中地区的 11个小毛茛 (Ranunculusternatus)居群的遗传分化进行了检测。对 8个酶系统 17个酶位点上的分析结果表明 ,该种各居群的各项遗传多样性指标处于一个相对较低的水平 :多态位点比率 (P)为 0～ 5 3.0 % ,平均每位点等位基因数 (A)为 1～ 1.6 47,平均预期杂合度 (He)和观察杂合度 (Ho)分别为 0～ 0 .10 8和 0～ 0 .10 2。居群间遗传一致度甚高 (I =0 .975 4～ 0 .9991)。根据Nei′s遗传距离所作出的聚类分析表明 ,豫南信阳地区 3个居群与湖北省武汉地区 8个居群之间关系较远。而在武汉地区 ,长江以北的居群及长江以南的部分居群分别相聚在一起。用GPS定位方法得到居群间空间距离并据此聚类 ,结果显示了该种的遗传分化与地理因素的相关性 ,并推测出长江的隔离作用加强了两岸居群间的遗传分化。同时发现一个生于独特生境的居群在表型和遗传结构上都已与其他邻近居群有了很大分异 ,由于该居群在所检测的酶位点上均无特有等位基因出现 。

紫花地丁开放花和闭锁花繁殖特征的研究

对北京地区一扰动生境中紫花地丁(Viola yedoensis)开放花和闭锁花的产量、结实率和种子质量等繁殖特征进行了比较.开放花在3月初开始开放,雄蕊5枚,具有吸引传粉者开放的花冠等特征.闭锁花4月初开始形成,雄蕊2枚,且与柱头紧密接触,适应闭花受精.在扰动生境中,紫花地丁个体往往形成更多的闭锁花,而且闭锁花的结实率显著高于开放花的结实率.所以,大部分种子都是通过闭锁花闭花受精形成的.但是,开放花产生的种子更大,因而可能具有更高的幼苗存活率.即使在不利生境中,闭锁花也能保障植物繁殖和一定的种子产生.而开放花则产生更多的异交种子以适应新的生境.

紫花地丁近交衰退的遗传效应和花型效应研究

以二型闭花受精植物紫花地丁(Viola philippica Cav.)为实验材料,将人工授粉获取的开放花异交后代、开放花自交后代、闭锁花后代3种类型种子,分别进行单独种植和两两竞争种植实验,通过对比3种类型种子的大小和萌发率,以及营养生长阶段的植株高度、最大叶叶片长度和宽度、叶片数,分析不同类型后代的适合度差异.结果显示,开放花异交后代的适合度最大,开放花自交后代次之,闭锁花后代最小.这表明遗传效应和花型效应对适合度均会造成影响,其中遗传效应起主导作用.

盾构掘进姿态的时间序列预测

为解决盾构机在掘进过程中姿态难以控制的难题,该文依托合肥地铁7号线耕—清区间盾构隧道工程实例,建立基于中值滤波的自回归综合移动平均模型MF-ARIMA,对掘进过程中的盾构姿态进行预测。研究结果表明:MF-ARIMA模型前盾水平、垂直偏差的预测决定系数分别为0.81、0.93,后盾水平、垂直偏差的预测决定系数分别为0.86、0.94;平均预测决定系数为0.89,其盾构姿态的预测性能较好。通过MF-ARIMA模型预测盾构姿态,可提前预知盾构姿态超限的风险,结合降低同步注浆胶凝时间的现场工程措施,可有效减小掘进过程中的盾构姿态偏差,提高盾构施工质量。

草乌花蜜产量的梯度分布及熊蜂自下而上的访花行为

收益降低假说(declining reward hypothesis)认为熊蜂自下而上的访花顺序是对花蜜产量的直接响应,先访问下部花蜜产量高的花可以获得更多的收益;花开口方向假说认为自下而上访花是因为熊蜂更容易看见其上部的花朵。为了验证上述两个假说,我们于2008年8月在北京小龙门国家森林公园调查了红光熊蜂(Bombus ignitus)访问草乌(Aconitum kusnezoffii)直立和倒立顶生花序的访问顺序,测量了直立花序下部雌性阶段花和上部雄性阶段花花蜜的糖浓度、体积,计算了花蜜中的糖含量。结果表明,红光熊蜂在直立花序和倒立花序内均以向上运动为主,分别占总运动次数的62.77%和68.35%;直立花序下部雌性阶段花花蜜糖浓度比上部雄性阶段花低1.44%,但是花蜜体积和花蜜中的糖含量都显著高于雄性阶段的花。由于熊蜂访问倒立花序时先访问的是下部的低回报雄性阶段的花,然后再访问上部高回报的雌性阶段的花,这与收益降低假说矛盾,表明红光熊蜂自下而上访问草乌直立花序可能不是受到花蜜产量的调节。

生态影响评价与生物多样性保护

提供了生态影响评价理论与实践的背景知识 ;介绍了生态影响评价的程序与技术 ;并探讨了在生态影响评价实践中考虑生物多样性保护问题的必要性 ,以及如何实现生物多样性保护与可持续利用的目标。

地铁盾构施工穿越桩基的影响分析

以合肥市轨道交通7号线一期工程盾构区间下穿既有桩基础为依托,采用Midas-GTS建立三维盾构模型,分析桩洞间距变化对桩基变形和内力的影响规律。在此基础上,将数值模拟结果与现场监测数据进行对比分析,进而评估盾构近距离穿越桩基的安全性。研究成果对合肥地铁盾构隧道工程现场施工与类似工程具有一定指导和借鉴意义。

利用PCR-RFLP技术鉴定传粉榕小蜂隐种混合样品的物种组成

隐种(cryptic species)是指形态上几乎完全相同但遗传组成存在显著分化的物种。在榕树-榕小蜂一对一共生系统中,传粉榕小蜂隐种的发现对协同进化、物种共存等重要的生态和进化理论提出了严峻的挑战。因为很难从形态上直接区分隐种,所以,相关研究中的一个迫切需要解决的问题就是如何快速而准确地鉴定隐种。本文采用PCR-RFLP方法分析了mtDNA COI基因片段,对木瓜榕(Ficus auriculata)和鸡嗉果榕(F.semicordata)的传粉榕小蜂隐种进行了区分。结果表明为木瓜榕传粉的大果榕小蜂(Ceratosolen emarginatus)存在两个隐种(A和B),分别包含1个XhoI和1个BssSI酶切位点。将两个隐种的样品按不同比例混合,提取基因组DNA,PCR扩增mtDNA COI片段,经XhoI和BssSI分别酶切,均能通过酶切图谱准确检测出混合样品的隐种组成。鸡嗉果榕小蜂(C.gravelyi)两个隐种的mtDNA COI基因序列也存在较大差别,分别包含1个BmrI和1个AvaI酶切位点,隐种混合样品经BmrI和AvaI分别酶切的结果也能准确鉴定混合样品的物种组成。我们的结果表明基于PCR和DNA酶切技术能快速而准确地区分传粉榕小蜂的隐种。

雌全同株植物三脉紫菀花期偏雄的个体大小依赖的性别分配

经典的虫媒传粉植物个体大小依赖的性别分配模型通常预期:分配给雌性功能的资源比例将随着个体大小的增大而增加;但一些研究表明,花期个体大小依赖的性别分配模式表现出随个体大小增大而偏雄的趋势。我们以植株高度衡量个体大小,从花和花序两个水平上研究了雌花、两性花同株植物三脉紫菀(Aster ageratoides)花期个体大小依赖的性别分配策略。随着植株高度的增大,植株产生的头状花序数量增加,表明三脉紫菀投入到繁殖的资源不是固定不变的,而是随个体大小增大而增加的。在花和花序水平上,繁殖资源在雌雄性别功能之间的分配均表现为随个体大小的增大而更偏雄的模式,即花粉/胚珠比增加,产生花粉的两性花占两性花和雌花总花数的比例升高。这些结果与花期个体越大、性别分配越偏雄的预期一致。花期更偏雄的性别分配可能有助于植物在花期通过输出花粉提高雄性适合度,从而实现个体适合度的最大化。

植物开花时间的遗传调控通路研究进展

开花时间对植物的繁殖成功至关重要。广泛分布的物种经常发生开花时间的分化,从而能够更好地适应不同的环境条件。为了探索植物开花行为发生适应性分化的分子机制,首先要明确调控开花行为的遗传通路。本文梳理了植物各类群调控开花时间的遗传通路,以期为开花时间适应性分化的分子机制研究提供依据。植物从营养生长向繁殖转变时,其开花行为主要受到光照、温度、水分等外界环境因子和赤霉素等内在因素的影响。通过对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和其他类群的研究,总结出了调控植物开花时间的6条通路,包括日照长度和光质影响开花的光依赖通路,长时间冷暴露后促进植物开花的春化通路,高温或低温环境影响开花的温度通路,以及赤霉素通路、年龄通路和自主通路3条内部调节过程。植物开花时间调控的6条上游通路信号传递到下游的开花整合基因FT(FLOWERING LOCUS T)和SOC1(SUPPRESSOR OF OVER-EXPRESSION OF CONSTANS 1),整合基因将这些复杂的调节因子整合后进一步传递到下游花分生组织,从而启动开花。此外,非编码RNA、转座子对开花时间的调控也具有重要作用。部分遗传通路被证实在植物适应环境的过程中起到了重要作用。目前对植物开花调控的研究已经有一百多年历史,理论相对成熟。然而,仍然存在许多具有争议和未解决的问题,如开花基因的表达方式、开花行为的特殊调控机制、开花时间变异的适应性意义等等,需要更进一步的研究。

模拟酸雨对入侵植物豚草与伴生种鬼针草竞争关系的影响

植物种间相互作用对物种的生存至关重要。对于入侵植物而言,更强的种间竞争能力是其成功入侵的重要机制。然而,环境条件的变化可能会改变种间关系并影响植物入侵的最终结果。该研究主要探索当今严重的环境问题之一——酸雨对中国入侵植物豚草(Ambrosia artemisiifolia)和伴生本地种鬼针草(Bidens bipinnata)种间相互作用的影响,进一步了解环境扰动对生物入侵的影响。该研究于2021年3月在北京师范大学室外条件下对豚草和鬼针草开展de Wit替代竞争实验,并施加不同浓度的酸雨模拟溶液(pH=3、4、5、7),记录植株在第24、34、45天的株高以及生长季结束时的株高和地上生物量,通过计算相对邻株效应指数(RNE)并绘制取代系列图表来评估两者的竞争关系。主要结果如下:单一种植时,中浓度酸雨(pH=4)促进了豚草和鬼针草的早期生长,而高浓度酸雨(pH=3)显著抑制了两者的早期生长,但不影响生长季结束时的株高。混合种植时,高浓度酸雨(pH=3)显著降低了豚草在第34、45天时的株高,但在生长季结束时对豚草无影响,而鬼针草在生长季结束时株高显著降低。鬼针草相对豚草的RNE在任何酸浓度下都不显著。而豚草相对鬼针草的RNE在无酸雨条件下显著,酸雨处理时在鬼针草比例较低时显著。取代系列实验图表显示,低浓度酸雨(pH=5)增加了在低豚草比例下的鬼针草的竞争优势,而高浓度酸雨增强了豚草的竞争优势。该研究表明酸雨显著影响了豚草和鬼针草的生长及种间竞争关系,高浓度酸雨增加了入侵植物豚草的竞争优势。

克隆生长对被子植物传粉过程的影响

克隆植物与其传粉者的相互作用是植物繁殖生态学的重要研究领域之一。植物克隆生长与有性繁殖通常相伴进行,往往产生较大的花展示与复杂的克隆空间结构,通过传粉过程对有性繁殖过程产生影响,共同决定植物的适合度。本文回顾了克隆生长对被子植物传粉过程影响的国内外研究进展,从植物克隆大小、花资源空间配置、克隆构型与种群遗传结构四个方面讨论了克隆生长对传粉过程的影响及其生态学与进化生物学意义。早期研究预期,随着克隆增大,同株异花授粉水平增加,因而通过增大自交率或花粉阻塞效应降低植物的适合度。但是,后来的一些模拟与野外实验研究发现,传粉者在同一克隆内访问的花数量并不会随克隆增大而一直增加,访花行为也主要发生在分株内;而且分子标记的自交率组分分析也表明自交主要发生在分株内。另一方面,人工模型模拟以及传粉者访问行为研究表明,当花朵数量相同时,与所有花集中生长在同一分株上相比,将花朵分散在多个分株上的克隆生长方式不会增加,反而降低了同株异花授粉的发生水平。如果花序内花雌雄同熟,花朵同时提供与接收花粉,克隆生长会使植物接收到更高比例的异交花粉,在提高后代质量的同时不增加同株异花授粉概率。这是从传粉生物学角度对植物克隆生长习性进化的一个全新的解释。今后,克隆植物传粉生物学研究需要针对传粉者与克隆生长之间的相互作用建立理论模型,探究克隆大小、克隆构型、花资源空间配置模式对传粉者访问频率和行为、花粉散布、交配格局的影响。同时,需要在自然种群中,尤其是克隆与非克隆的近缘类群、同一物种克隆与非克隆种群开展比较研究,利用更高效的分子标记来研究克隆生长的生态与进化意义。

从自然选择和遗传漂变理解生物进化

进化过程在生物学、医学、农学等领域发挥着越来越重要的作用。从基于自然选择过程的适应进化和遗传漂变主导的随机进化2个方面诠释进化的概念,即进化是生物世代间性状的改变。

中国水青冈属植物分类及分布区界定的分子证据

物种分类地位和分布区的准确界定是保护生物学和生物多样性科学的研究基础.水青冈属(Fagus)植物是北半球落叶阔叶林重要树种,在我国具有较高的物种多样性.然而,水青冈属的属下分类界定仍不清晰,一些类群的归并问题有待商榷,缺乏遗传数据支持,导致物种分布的界限也不明确,妨碍对其进行有效保护.本研究使用水青冈属141个个体的重测序数据,进行了遗传分组分析,比较了几对姐妹类群间的遗传分化,讨论水青冈部分类群的归属问题,并计算了每个物种的遗传多样性(π).结果显示,巴山水青冈(F.pashanica)应作为一个独立物种,而不是台湾水青冈(F.hayatae)的亚种,分子证据支持曾被鉴定为浙江水青冈(F.hayatae subsp.zhejiangensis)的种群和四川省平武地区分布的疑似平武水青冈(F.chienii)种群均很有可能是巴山水青冈.天台水青冈(F.tientaiensis)可能是长柄水青冈(F.longipetiolata)的一个地理种群.根据更新的物种界定,台湾水青冈仅分布于我国台湾岛北部,巴山水青冈则呈带状间断分布于中国大陆几个隔离的山区.水青冈属植物遗传多样性均不低(π:0.00209~0.00371),这表明巴山水青冈等物种片段化的小种群可能是相对近期形成的.建议提升巴山水青冈、台湾水青冈和米心水青冈的保护等级,并关注片段化种群可能带来的遗传后果.

协同还是共同:生命观念导向下coevolution的概念辨析

以生命观念为导向,对“协同进化”与“共同进化”概念进行辨析,指出“coevolution”概念强调2个相互作用的物种发生了相互适应的进化性变化,并且这种变化是由另一个互动主体施加的选择引起的;“共同”只能反映双方在一起,而“协同”能准确反映双方协同互作;因此,“协同进化”能更准确反映“coevolution”概念的核心内涵。