豆荚弹射传播种子中的力学Ⅰ:豆荚组织的多功能优化

从豆荚弹射传播种子时形成美妙的自扭螺旋引出当代力学交叉领域的课题.介绍豆荚精巧的双层正交显微组织及其在保护籽粒、输导和储存营养物质、协同绿叶进行光合作用等方面的多功能优化.介绍籽粒成熟后,豆荚两层组织自然枯萎失水,在正交的方向不同步收缩积累变形能,自发将成熟的籽粒弹射出去的精妙力学设计.第2、3和4部分将分别探讨豆荚的力学模型及其魔术般的变形性质、实验模拟以及科学启示.

鸟类传播种子对几种树篱中侵入植物多样性的影响

2001年4月至2003年11月，在南京中山植物园内调查了冬青卫矛（Euonymus japonicus）、日本珊瑚树（Viburnum awabuki）和溲疏（Deutzia scabra）3种树篱，以及位于不同生境的2个黄杨（Buxusmicrophyllavar．sinica）树篱中侵入生长的杂草及杂树种类，并选择3km外南京农业大学实验楼周围的冬青卫茅树篱作为参照。在6个树篱类型中调查到侵入生长的种子植物共计1230株，分隶于42科57属70种植物。其中适应于鸟类传播的植物有55种1047株植物；适应于风力传播的植物有10种161株植物；传播媒介不明的植物有5种22株植物。各树篱类型中，适应于鸟类传播种子的侵入植物种类数目显著多于风力传播的植物种类（t=5．086，df=10，P〈0．0001）和种子传播媒介不明的植物种类（t=8．446，df=10．P〈0．0001），但各树篱中适应于风力传播的侵入植物与种子传播媒介不明的植物在种类数目上无显著差异（t=1．977，df=10，P=0．076）。南京中山植物园的5个树篱类型中，适应于鸟类传播的侵入植物物种多样性的Shannon—Wiener指数都较高，为2．151至2．917，平均2．671±0．306，并且种类数目也较多，为15—36种，平均25．6±8．1种。而南京农业大学内冬青卫茅树篱的物种多样性指数最低，为1．679，并且种类数目也最少，为12种。Bray-Curtis相似性指数的聚类分析结果显示，不同树篱类型中适应于鸟类传播种子的侵入植物组成的相似性主要受到树篱周围的种子源及其距离、食果鸟类、人为干扰活动等生境因子的影响，而非简单取决于树篱种类本身。鸟类传播种子增加了单一树种构成的树篱中的种子植物多样性，同时也对树篱的景观产生了一定的不利影响，不过人工对树篱的日常修剪等管护措施严格限制了这些侵入植物实生苗及小树的正常生长。研究结果反映出种子源、鸟类传播种子和灌丛在促进植物群落的发展和演替过程中具有重要的生态意义。

植物生活在“妈妈”身边好不好——《植物怎样传播种子》课后小记

今天,我在四(一)班上《植物怎样传播种子》,通过指导学生看挂图、观察实物,以及课前学生的观察、采集标本,学生很快掌握了植物传播种子的方法。接下来是进行质疑问难,请学生说这堂课的内容还有何不懂之处。这时一个学生举手提问:“老师,我不懂植物为什么要把种子送到别处生活,生长在植物妈妈周围不是很好吗?”听到这幼稚可笑的提问,我为学生思想的单纯感到可爱,但我马上意识到这既是课文知识的一个延伸点,又是对学生进行思想教育好时机,于是让学生就此展开讨论,现将讨论过程摘录如下:

长白山阔叶红松林传播前种子昆虫捕食的研究

昆虫捕食种子是种子死亡的一个主要原因,会影响植物种群更新和群落物种组成。传播前种子昆虫捕食的研究较为稀少,且大多为针对个别优势种的短期研究,限制了对于群落水平上传播前种子捕食的理解。本研究分析长白山阔叶红松林25 hm~2样地中2020—2021年的种子雨,研究种子昆虫捕食率及其影响因素。所分析的5种乔木种子均遭到昆虫捕食,昆虫捕食率在物种和采集批次间差异较大(0~33.33%),年均昆虫捕食率为8.76%~14.39%。肉质果种子的昆虫捕食率显著低于干果(df=1,χ~2=20.76,P<0.001),种子产量的年际变异系数与昆虫捕食率呈显著负相关(df=1,χ~2=13.01,P<0.001),重量越轻的种子的昆虫捕食率越高(df=1,χ~2=10.54,P=0.001)。本研究表明,传播前种子昆虫捕食在长白山阔叶红松林群落中普遍存在,并且揭示了影响因素、讨论了潜在的影响机制。本研究有助于增进对于传播前种子昆虫捕食及其生态和演化意义的理解。

云南拉沙山黑白仰鼻猴对种子传播潜力的评估

灵长类是森林生态系统中植物种子的主要传播者,有助于森林植被的更新,然而受研究方法的限制,灵长类种子传播潜力常被低估。为全面评估温带灵长类动物的种子传播潜力,采用直接观察法和粪便分析法评估珍稀濒危灵长类动物黑白仰鼻猴的种子传播潜力。于2018年11月—2019年10月采用直接观察法(瞬时扫描取样法)收集云岭省级自然保护区拉沙山黑白仰鼻猴的活动时间分配数据,获取每月取食果实的比例;同时每月收集黑白仰鼻猴的粪便,采用粪便分析法分拣猴粪中残留的植物种子,统计有完整种子残留的月份和粪便比例,应用这两种方法评估黑白仰鼻猴种子传播潜力及其差异。结果表明:直接观察法收集到黑白仰鼻猴取食果实的月份数为6个月(7—12月),月均取食果实的比例为(15.31±20.15)%,共取食13种果实;而粪便分析法发现黑白仰鼻猴粪粒内全年都有完整种子残留,粪便中月均完整种子残留比例(35.19±35.43)%,其中9月至第二年1月粪便中种子残留比例都大于50%,共取食18种果实;综合两种方法发现云南拉沙山黑白仰鼻猴共取食20种植物果实,具有较高的种子传播潜力。直接观察法可确定黑白仰鼻猴取食果实的物种数,而粪便分析法能反映其可传播的物种和数量,并发现黑白仰鼻猴全年都取食果实,增加了对黑白仰鼻猴果实性比例和种子传播月份的认识。因此,建议结合两种方法全面评估黑白仰鼻猴及其它灵长类物种的种子传播潜力,从而更好地评估其对植物种子传播的有效性及对森林生态系统更新的贡献,为认识灵长类通过种子传播提升森林生态系统更新能力提供新的视角。

片段化生境中极小种群野生植物种子传播研究进展

全球生境碎片化趋势逐渐加深,使在碎片化生境中的野生植物受到生存威胁,其中包含一些亟需保护的极小种群野生植物。本文主要通过综述片段化生境中植物种子传播过程的研究,如片段化生境对种子传播者的影响,种子扩散方式的改变,种子生境的变化等,发现片段化生境对于其中植物种子传播产生的影响产生了不一样甚至相对立的2种观点,其中包括生境片段化会给生境中植物种子扩散带来负效应,也有实验证明,片段化的生境会给植物的传播带来正效应。片段化生境中其他植物种子传播的研究对于极小种群野生植物种子传播有着较强借鉴意义,但在极小种群野生植物种子传播研究过程中缺乏经验。未来有待通过借鉴其他植物种子传播研究技术和理论对极小种群野生植物的物种进行有效保护,同时也可以对了解片段化森林中的群落构建过程有一定借鉴意义。

紫茎泽兰在弃耕地上的种子风传播与种群建立特征

采用培养皿捕获法研究紫茎泽兰在弃耕地上的种子风传播特征,分析与其种群建立的关系。结果表明,培养皿捕获法简便易行,野外可操作性强,是捕获细小风传种子的有效方法。弃耕地上的种子雨密度与距外围种源地的距离和风向有关,在种源地下风向形成随距离增加密度下降的种子雨。种子密度与植株密度、盖度和高度具有显著相关性,紫茎泽兰弃耕地上的种群定居过程具有跳跃式的特征。

杂草种子传播研究进展

种子传播将母株生殖周期的末端与它们后代种群的建立连结了起来,广泛认为,其对植被结构具有深刻的影响。种子传播的整个过程称为种子传播循环。研究表明,杂草种子传播的因子多种多样,包括仅依赖自身来完成的主动传播,以及依赖风、水、动物、人类等外界媒介的被动传播。其中,人类传播杂草种子是影响最广泛的一种,对现代植物的分布格局产生了深刻的影响。杂草种子的传播,对杂草种子库的数量和空间动态影响很大。研究种子传播的主要方法有荧光染料标记法、放射性同位素标记法、稳定同位素分析、分子遗传标记等。结合近几年国内外的研究进展,作者就杂草种子传播对种子库数量和空间动态影响的精确直接研究、杂草种子传播的过程及传播后的命运、杂草种子适应传播的机理、生态控草措施研究、外来杂草入侵蔓延与其种子传播的关系等方面提出了展望。

黄檗的更新特点及食果实鸟类对其种子的传播

在帽儿山实验林场和哈尔滨实验林场 ,黄檗母树下没有幼苗分布 ,不能进行天然更新 ,需要靠食果实鸟类等将果实和种子传播至远离母树的其他林下。捕食黄檗果实的食果实鸟类有 9种。其中 6种是食果肉鸟类 ,吞入果实后 ,消化果肉 ,而种子完整地随粪便排出而得以传播。其余 3种是食种子鸟类 ,没有传播作用。果实在鸟类消化道内的滞留时间达 2 0～ 30min ,具有很长的潜在传播距离。将鸟类消化后的种子与完整果实和人为去果肉种子进行萌发对比实验 ,消化后种子的累计萌发率与其余二者之间均没有显著性差异 ,说明食果实鸟类的消化 (道 )过程对种子萌发没有明显影响 ,同时证明果肉对种子萌发率没有显著影响 ,果肉中不含萌发抑制物质。黄檗提供多种鸟类以食物 ,而鸟类也同时以多种肉质果植物为食物。因此食果实鸟类和肉质果植物 (包括黄檗 )

舞草种子的蚂蚁传播

舞草 (Codariocalyx motorius)由于其小叶具有自身“摆动”的功能 ,从而具有较高的观赏价值。在长期的演化过程中 ,舞草与蚂蚁形成了互惠共生的关系 :舞草种子生成了附生其上的能吸引蚂蚁的油质体 ,蚂蚁在搬运取食中 ,使舞草种子得以传播。舞草种子最重要的传播者是圆叶铺道蚁 (Tetramorium cyclolobium Xu et Zheng)和布立毛蚁 (Paratrechinabourbonica Forel)。另外长足光结蚁 (Anoplolepisgracilipes Smith)和两种大头蚁 (Pheidole sp.1和 sp.2 )也搬运其种子。野外试验表明 ,圆叶铺道蚁日搬运活动与气温呈显著正相关 ,即 Y(搬运种子数 ) =-9.5 0 3 8+0 %5 60 8X(气温 ) (r=0 .71 96* * ,n=3 3 ,P<0 .0 1 ) ,中午搬运效率达到高峰。布立毛蚁日搬运活动在上、下午各有一个高峰 ,上午的高峰出现时间不稳定 ,下午的高峰出现在 1 6:0 0～ 1 8:0 0。舞草种子上附生的油质体是吸引蚂蚁并产生搬运行为的主要物质。化学分析表明 ,油质体富含蚂蚁生长发育所必需的 1 0种氨基酸和多种无机元素。样地采用陷阱诱捕蚂蚁的调查显示 ,5种搬运者中 ,圆叶铺道蚁数量最大 ,分别占蚂蚁总量的 8.2 6%和搬运蚂蚁总量的 4 8%。

鸟类取食中国沙棘果实的方式及其对种子的传播作用

2003年9月～2004年3月,定期观察取食中国沙棘果实的鸟类及其取食方式.共记录取食中国沙棘果实的鸟类18种,其取食果实的方式主要有:1)直接在树冠上吞食果实,有时候在吞食后将种子呕出;2)将果实从树上衔走后,在栖息处吞食或啄食;3)将果实啄落至地面,然后取食果肉和种子,留下果皮;4)啄破果皮,吸食果肉,留下果皮及种子;5)从顶端将果皮啄破后,仅取食里面的种子.不同的取食方式决定了它们对沙棘种子的传播作用不同.收集鸟粪便中的种子与完整的干果实及人工剥离果肉和内果皮的种子做萌发对比实验,结果表明,鸟类消化道过程对种子的萌发有一定影响,但萌发率仍较高.沙棘为多种鸟类提供食物,而鸟类则为沙棘传播种子,它们之间形成一种互利关系.

云南无量山黑长臂猿对植物种子的传播作用

2005年9月至2006年4月,对无量山一群黑长臂猿进行观察,研究黑长臂猿在植物种子传播中的作用。观察记录黑长臂猿一天的排便次数并收集粪便。通过直接观察和收集长臂猿粪便确定长臂猿取食的果实种类。以森林中采集的果实种子为对照标本,对粪便中的种子进行鉴定,并记录各种种子的数量,测量其长度、宽度和重量。结果表明观察期间黑长臂猿共取食31种果实,其中有1种在被取食时尚未成熟,另有2种果实的种子在取食后遭到破坏,还有1种植物的种子不能被长臂猿吞食而得不到传播,黑长臂猿可为27种植物传播种子。黑长臂猿个体平均每天排便2次,粪便的平均湿重为22.7g,每份粪便平均含有1种植物的种子;在不包含小种子(直径<3mm)的情况下,平均每份粪便中含有12粒种子。总的来说,黑长臂猿是有效的种子传播者。

鸟类对山黄麻种子的传播及其生态作用

在云南西双版纳的勐宋和勐仑地区观察和研究了传播山黄麻种子的鸟类。在野外挂网捕获摄食山黄麻果实的鸟类 ,称量后分别放在布袋内 ,让其自然排泄 ,然后标志释放。观察和网捕共记录到摄食山黄麻果实的鸟类 36种 ,其中 2 6种挂网捕获并从排泄物得到种子。用鸟类排泄物中的山黄麻种子、山黄麻树上采摘的成熟果实及人工分离山黄麻种子播种 ,进行萌发对比实验。实验结果表明 ,直接播种成熟果实 ,在阳光充足的空旷地、林冠下或用树叶覆盖遮光等条件下都未萌发 ,种子容易霉烂或被虫蚀 ;从山黄麻果肉中分离出来的种子具有萌发能力 ;而经鸟类摄食、消化后从果肉中分离的种子 ,具有较好的萌发活力。在不同条件下山黄麻种子萌发情况差异明显 ,林冠下条件对种子有抑制作用 ,阳光作用下种子显示出很好的萌发及成活率。鸟类排泄物种子放在林冠下或用树叶覆盖遮光 ,经过较长时间便可萌发 ,而人工分离种子不能萌发。鸟类摄食及消化过程对山黄麻种子的处理表现出很好的生态互惠关系。观察萌发后的山黄麻幼苗的生长情况还表明 ,幼苗生长也需要光照和较开阔的生境条件 ,鸟类取食山黄麻果实及其将种子远距离传播到适宜生境 ,正好具有这样的生态作用。

土壤盐分、预湿处理对Artemisia monosperma(菊科)种子传播和萌发的影响

Artemisia monosperma是分布于西奈半岛以及以色列地中海沿岸许多活动沙丘及固定沙丘上的建群种植物。在固定沙丘上 ,雨后的蓝细菌结皮上能产生径流水 ,A.monosperma的种子在径流水上漂浮并被传播到低洼处或土壤缝隙中。实验表明 ,有一半的种子在蒸馏水上漂浮 3d,而在各种浓度的盐溶液上则能漂浮更长时间。低浓度的盐溶液对种子的萌发无影响而高浓度的盐分抑制种子的萌发。 NO- 3 可能是影响种子在沙质蓝细菌结皮上萌发的因素 ,低浓度的 NO- 3 促进种子萌发而高浓度则抑制。预湿处理的实验表明 ,在自然生境中 ,暴露在地表或埋在浅表层的种子经受每晚的露水以及小量雨水的反复湿润 ,其萌发力有可能通过强化作用而提高。

斑块生境中食果鸟类对南方红豆杉种子的取食和传播

生境斑块化对食果鸟类的移动行为产生影响,进而影响其对植物种子的传播格局和效率。南方红豆杉(Taxus chinensis var.mairei)是我国一级保护植物,在南方山区多因人为干扰而呈斑块状分布。2011年,2012年10月底到12月中,以分布于福建梅花山国家级自然保护区红豆杉生态园中南方红豆杉种群为对象,研究斑块生境中鸟类对南方红豆杉种子的取食和传播行为,并评估专性鸟类和泛性鸟类的传播效率。结果发现:南方红豆杉源斑块共吸引22种食果鸟类取食红豆杉种子,并与13种鸟类形成了种子传播关系。不同年间,黑短脚鹎(Hypsipetes leucocephalus)都是植物的主要传播鸟类,而其他鸟类传播者种类具有一定的年间变化。生境斑块化导致专性鸟类黑短脚鹎和泛性鸟类红嘴蓝鹊(Urocissa erythrorhyncha)种子传播效率差异。与红嘴蓝鹊相比,黑短脚鹎飞行的平均距离较短((16.3±11.0)m,Mean±SD,n=125),传播距离相对较近;且它们取食后偏好在源斑块中活动,喜栖息在同种成树、甜楮(Castanopsis eyrei)及其他阔叶树等栖树上。红嘴蓝鹊取食后常在斑块间移动,常停歇在同种成树和毛竹(Phyllostachys heterocycla)上,传播距离相对较远((24.9±20.0)m,Mean±SD,n=95)。空间一致性结果表明,黑短脚鹎移动距离对幼苗更新距离的空间一致性程度高;而红嘴蓝鹊偏好生境与幼苗更新生境一致性程度高。结果表明,斑块生境中植物能与专性鸟类、泛性鸟类之间形成种子传播互惠关系,且种子传播效率受到专性鸟类和泛性鸟类传播距离和传播生境的影响。

食干果鸟对种子传播的作用

食干果鸟对种子传播的作用鲁长虎袁力（东北林业大学，哈尔滨１５００４０）ＥｆｆｅｃｔｏｆＤｒｙ＿ｆｒｕｉｔＥａｔｉｎｇＢｉｒｄｓｔｏＳｅｅｄＤｉｓｐｅｒｓａｌ．Ｌｕｃｈａｎｇｈｕ，ＹｕａｎＬｉ（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，...

小叶藤黄(Garcinia cowa)种子传播、种子被捕食及幼苗空间分布

1999年 8月至 2 0 0 1年 2月 ,对热带雨林树种小叶藤黄 (Garciniacowa)种子的初级传播、二次传播、种子被取食及幼苗空间分布进行了研究。结果表明 :林上拜访动物主要有猕猴 (Macacamulatta)、花面狸 (Pagumalarvata)、赤腹松鼠 (Callosciuruserythraeus)、蓝腹松鼠 (C .pygertthrus)、小花鼠 (Tamiopsmacclellandi)等 5种。有 86 .5 %± 4.9%(1999年 )和 91.4%± 8.2 % (2 0 0 0年 )的成熟果实被林上动物所取食 ,使得 36 .0 %± 15 .0 % (1999年 )和 2 2 .8%± 10 .4% (2 0 0 0年 )的种子被林上动物转移 ,猕猴可能对种子的远距离传播起着重要作用。中华姬鼠 (Apodemysdracoorestes)对落到地面的种子进行分散埋藏 ,平均转移距离为 3.6± 2 .9m ,埋藏深度为 0 .82± 0 .5 8cm。地面和埋藏种子还受到材小蠹 (Xyleborussp .)的危害 ,离母树 10m以内的埋藏种子受危害程度明显高于 15m及其以外的种子。幼苗距母树 5～ 7m处分布最多 ,Morisita指数Iδ=1.34,呈弱聚集分布。幼苗分布格局受种子雨、中华姬鼠转移及材小蠹危害等综合影响。小叶藤黄可能形成了以果肉吸引猕猴类动物及以种子来吸引鼠类动物搬运两种策略来实现种子的传播。

食肉质果鸟对种子的传播作用

食肉质果鸟对种子的传播作用鲁长虎常家传（东北林业大学，哈尔滨１５００４０）ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅＦｌｅｓｈｙ＿ｆｒｕｉｔｓＥａｔｉｎｇＢｉｒｄｓｏｎＳｅｅｄＤｉｓｐｅｒｓａｌ．ＬｕＣｈａｎｇｈｕ，ＣｈａｎｇＪｉａｃｈｕａｎ（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏ...

南京灵谷寺森林中鸟类对湘楠种子的传播作用

2003年9月—2005年11月,在位于南京市紫金山南麓的灵谷寺森林中,研究了鸟类对湘楠(Phoebe hunanensis)种子的取食与传播作用。乌鸫(Turdus merula)、黑脸噪鹛(Garrulax perspicillatus)、黑领噪鹛(G.pectoralis)、红嘴蓝鹊(Urocissa erythrorhyncha)和灰喜鹊(Cyanopica cyana)等5种鸟类取食湘楠的肉质核果后,主要以将果核呕出的方式传播种子。发芽试验显示,湘楠种子的萌发并不依赖于鸟类消化道的处理,但鸟类呕出种子的早期出苗率较高,且鸟类可以在较大空间范围内将其种子传播至一些适宜于种子萌发及幼苗定居的生境中。可能由于鸟类对湘楠种子的传播作用,1961年从外地引种栽培于灵谷寺森林边缘的27棵湘楠母树已经繁衍出数千棵实生苗及小树,并在母树周围约300m范围内的天然落叶阔叶林及栽培的桂花林中成功地定居下来,既增加了灵谷寺森林中常绿树种种类,又促进了该地森林植物群落的演替和发展。

浙江天目山自然保护区鸟类对美洲商陆种子的传播

为了解外来植物美洲商陆Phytolacca americana的入侵方式,2008年8月至2010年7月,在浙江省天目山国家级自然保护区内研究了鸟类对美洲商陆种子的传播作用。观察到白头鹎Pycnonotus sinensis、领雀嘴鹎Spizixos semitorques和红嘴蓝鹊Urocissa erythrorhyncha3种留鸟取食美洲商陆果实,其中白头鹎与领雀嘴鹎对美洲商陆果实的访问次数均明显多于红嘴蓝鹊。鸟类主要以排出鸟粪的方式传播美洲商陆种子。在收集到的70份鸟粪样品中,共计分离出1695粒结构完整的美洲商陆种子。这些鸟粪样品都只含有美洲商陆1种种子,各鸟粪样品中有种子8～56个,平均为24·2±9·8个。鸟类传播种子已经导致美洲商陆种群入侵至多样化的干扰生境中,成为该保护区内危害比较严重的1种环境杂草。