珍稀濒危沉水植物水菜花传粉生物学研究

水菜花(Ottelia cordata)是珍稀濒危的沉水植物,现仅分布在中国海南岛北部海口至文昌一带的淡水湿地,其造型优美,极具园艺观赏价值。然而,受人类活动影响,水菜花的生境急剧退缩且更加破碎化,濒临灭绝。为探究水菜花的繁殖特征和繁殖规律,该研究分析了水菜花的花部形态、性比、花粉活性、柱头可授性、反射光谱、花粉限制与无融合生殖及其传粉者类型与行为。结果表明:(1)水菜花雌雄异株,雌、雄个体的性比约为1∶2;水菜花雌、雄花形态相似,但雌花略大于雄花。(2)水菜花花粉活性和柱头可授性在花蕾期和开放期均较高。(3)中华蜜蜂(Apis cerana)是水菜花的主要传粉者,传粉效率较高且访问雄花的频率显著高于雌花。(4)水菜花雄蕊、雌蕊间的花色距离显著高于中华蜜蜂辨别的阈值(P<0.001)。(5)在自然授粉和人工授粉下,水菜花坐果率分别为95.29%和98.42%,并且不存在无融合生殖现象。综上所述,水菜花两性模拟的欺骗性传粉并不完美,传粉者可以从视觉上区分雌花和雄花;而由于水菜花雄花数量较多,传粉者低频率的“错访”足以达到水菜花雌花的繁殖需求。因此,在今后开展水菜花迁地保护、人工种群恢复等保育工作时,应重视水菜花种群大小、性别比例和当地传粉者种群数量。

东南亚生物多样性热点地区的形成与演化

东南亚地处热带,生物多样性极为丰富,可分为4个热点地区:印度-缅甸区的中南半岛、巽他区(含马来半岛、婆罗洲、苏门答腊岛)、菲律宾区(菲律宾群岛)、华莱士区(苏拉威西岛、爪哇岛、马鲁古群岛、小巽他群岛等)。中南半岛在泥盆纪便已是欧亚大陆的一部分,在印度板块撞击欧亚大陆之后受挤压而出;巽他区来自于冈瓦纳古陆和澳洲古陆;菲律宾群岛部分来自于劳亚古陆的碎片向南漂移,部分来自于太平洋西南岛弧的向北迁移;华莱士区则是劳亚古陆碎片、太平洋西南岛弧以及澳洲古陆北侧碎片的组合。巽他区地处赤道,常年温湿;菲律宾区、华莱士区、中南半岛则都受到不同程度的季风气候决定的干湿季变动。地质历史和季风气候影响程度的不同,奠定了东南亚4个生物多样性热点地区的雏形。华莱士区保存有大量的早期被子植物原始类群如睡莲目(Nymphaeales)和木兰藤目(Austrobaileyales),是现代被子植物起源地和冰期避难所之一。巽他区(婆罗洲)和中南半岛是亚洲热带植物的现代分布中心和"进化前沿",是整个东南亚地区重要的种源;而华莱士区的爪哇岛和小巽他群岛主要是物种迁入和中转的种库。这样的物种形成历史与迁移格局,塑造了东南亚4个生物多样性热点地区物种多样性水平与地理范围的基本格局。巽他区和印度-缅甸区曾在冰期通过陆桥相连,使得东南亚成为周边植物扩散交汇的一个"十字路口"。但是,人们对东南亚生物多样性热点地区的物种长距离扩散规律及植物地理学分区仍存在分歧;东南亚与邻近生物多样性热点地区如新几内亚岛、西高止山脉-斯里兰卡、中国横断山区的历史联系,还尚待深入解析。利用现代分子生物学技术,覆盖整个东南亚地区进行全域取样开展代表性类群的物种迁移与生物地理学研究,有望进一步揭示东南亚生物多样性热点地区的形成过程与演化趋势。

基于SSR标记的无翼坡垒遗传多样性研究

为了解无翼坡垒(Hopea reticulate Tardieu)的遗传多样性和不同龄级间的遗传结构,利用11对微卫星标记评估海南省甘什岭保护区的无翼坡垒的遗传多样性,并根据胸径将无翼坡垒划分为幼龄、中龄和成熟龄3个龄级,明确不同龄级间的遗传差异,探究其濒危机制,并从遗传角度提出保护策略。结果表明:无翼坡垒的等位基因数(N_(a)=3.636)和期望杂合度(H_(e)=0.599)低于同属的非濒危种H.dryobalanoides(N_(a)=5.600,H_(e)=0.678),明显高于同属且同域分布的另一濒危种坡垒(N_(a)=2.417,H_(e)=0.432),但不同龄级的遗传多样性没有明显差异。无翼坡垒低频等位基因的比例明显低于龙脑香科的非濒危种,揭示种群很可能经历了瓶颈,种群规模缩小导致大量低频等位基因丢失。由于本种在甘什岭集中分布,现存个体数量比零星分布的坡垒更多,因此,遗传多样性较坡垒略高。基于微卫星变异研究的结果,建议在维持无翼坡垒现有变异的基础上,通过人工抚育,促进种群更新,恢复遗传多样性和进化潜力,实现无翼坡垒的稳定续存。

琼北火山村墙体植物多样性及其生态学意义

对海南北部8处火山村建筑墙体植物进行了调查研究,以便了解其物种多样性和生态价值。研究结果表明:上述火山村共记录有88种墙体植物,隶属于43科77属。其中,蕨类植物6科8属8种,占总物种数的9.09%;被子植物37科69属80种,占90.91%。88种墙体植物中本地种68种,占77.27%;栽培种5种,归化种1种,逸生种4种,外来入侵种10种,分别占总物种数的5.68%、1.14%、4.55%和11.36%。就生态型而言,木本植物和草本植物的比例分别为43.18%和56.82%。88种墙体植物中共计有79种为热带分布型,占总物种数的89.77%。研究发现,火山石建筑墙体能很好的保存本地物种,避免其因农业生产活动而损失殆尽。因而在开展古村落保护和乡村旅游时,应科学合理地保护和利用这些墙体植物,实现生物多样性保护和古建筑保护的兼顾。

环南海区域红树物种多样性分布格局及其形成机制

环南海区域是围绕中国南海的陆地形成的相对独立的半封闭地理单元,分为华南沿海、台湾岛、海南岛、中南半岛、马来半岛、加里曼丹岛(婆罗洲)、巴拉望岛、吕宋岛等8个地区。环南海区域是全球红树植物分布最集中的区域之一。为了揭示红树物种在环南海区域的地理分布格局及其形成原因,该研究通过文献和网站等确定环南海区域及全球主要红树分布区的物种分布点,并用Arc GIS绘制分布图;利用DIVA-GIS7.5.0构建红树科、锦葵科、海桑属(Sonneratia)、海榄雌属(Avicennia)等4个典型红树植物类群的1°×1°物种多样性分布格局。红树物种的迁移历史及路线主要通过在ISI Web of Science查找文献,通过文献整合揭示环南海区域红树物种的迁移规律及主要影响因素。主要结果有:(1)环南海区域分布有真红树39种、半红树14种,红树物种数量仅次于邻近的大洋洲及新几内亚,远高于全球其他区域;环南海区域的马来半岛和加里曼丹岛红树物种多样性最高,其次是中南半岛、海南岛和吕宋岛,巴拉望岛红树物种多样性最低。(2)环南海区域红树物种都是广布种,这可能是因为南海在夏季和冬季具有完全不同的洋流方向和季风方向,促进了红树植物在环南海区域的长距离扩散。(3)南海北部和南部的洋流存在一定的内循环,导致海漆(Excoecariaagallocha)、蜡烛果(Aegicerascorniculatum)和榄李(Lumnitzera racemosa)等真红树物种在中南半岛金兰湾、巴拉望岛北端连线的两侧出现了相对隔离的遗传谱系。(4)南海海平面在更新世曾下降了120m左右,深刻影响了环南海区域红树植物的分布格局及迁移路线。建议未来的研究利用现代分子生物学技术解析整个环南海区域的代表性红树类群的谱系地理学格局,以揭示该区域红树植物演化历史及其在全球气候变化影响下的变迁趋势。

木棉文化的生物多样性传统知识及其传承与利用

传统文化往往蕴藏着丰富的自然保护和资源循环利用知识,对当代生物多样性保护和生态文明建设具有借鉴作用。木棉(Bombax ceiba)是全球热带与亚热带地区常见的高大乔木,树姿挺拔、花大可食、果实纤维可织,很早就为人们所认识和利用,在全球范围形成了丰富的资源利用方式与文化。中美洲及澳大利亚的木棉主要用于独木舟和雕刻材料,而亚洲地区的木棉经济利用方法多样,并具有更加突出的文化寓意,是越南、缅甸、印度以及中国南方地区的“文化关键种”。这也使得亚洲地区的木棉古树(> 100年)远多于其他地区。中国的木棉文化历史悠久,在《山海经》及三星堆出土的文物中都能找到木棉的形象。木棉极高的经济价值及其文化属性,使得亚洲地区的村头田边通常分布着木棉“风水林”。在中国岭南地区、越南、孟加拉国等传统水稻种植区,木棉常被保留和栽种在稻田间,形成了亚洲特有的木棉-稻田农林复合体系,蕴藏着丰富的资源循环利用理念及生物多样性保护意识。这一传统的农林复合种植模式可望申报中国重要农业文化遗产,但尚待深入研究揭示其农业文化内涵与科学基础。未来利用现代科技手段,揭示木棉文化及其传统生物多样性知识的生态学基础,将对当代热带特色高效农业、乡村振兴及生态文明建设等具有积极意义。

几种海南岛热带雨林优势种植物挥发性有机物排放对模拟氮沉降的短期响应

BVOCs(Biogenic Volatile Organic Compounds)是植物向大气释放的一类重要气态化合物,能参与大气化学过程和陆地生态系统碳素循环。分析环境因子对BVOCs排放的影响,对科学认识未来气候变化具有重要意义。氮素作为植物生长、发育所需的大量营养元素之一,其沉降增加是当前全球气候变化的主要驱动因素之一,但学者对BVOCs如何应对氮沉降增加知之甚少。因此以海南岛热带雨林树种:木荷(Schima superba)、厚壳桂(Cryptocarya chinensis)和线枝蒲桃(Syzygium araiocladum)为研究对象,通过温室盆栽实验模拟氮沉降对3个树种BVOCs释放的短期效应。主要结论如下:(1)自然状态下,从木荷、厚壳桂和线枝蒲桃的枝叶中鉴定出14、34和24种挥发性有机化合物,包括异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和其他挥发性有机化合物(烷烃、羰基、醛、醇、酯、醚和酸),此外三个阔叶树种释放BVOCs的速率呈厚壳桂>木荷>线枝蒲桃;(2)外源施氮均促进了三种植物幼苗VOCs释放,其中总VOCs释放速率和成分数量均随施氮浓度的升高而增加,且叶面施氮的影响效果显著高于土壤施氮。(3)三种植物幼苗对氮沉降的敏感性大小表现为木荷>厚壳桂>线枝蒲桃。(4)外源施氮对植物的生理参数和土壤肥力均产生了影响,且叶面施氮的影响效果更为突出。生理参数中,净光合速率与幼苗释放BVOCs关系最为密切,其次是气孔导度。施氮主要对土壤pH、NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N有显著影响,其次是有效磷(Available phosphorous,AP)和总磷(Total phosphorus,TP)。

海南特有濒危植物石碌含笑的分布现状与种群年龄结构特征

对海南特有濒危珍稀植物石碌含笑(Michelia shiluensis)的分布现状进行了野外种群考察。结果表明:石碌含笑的资源数量极为稀少,零星分布于鹦哥岭、南高岭、保梅岭和五指山;在吊罗山分布较为集中,调查到的个体数占调查总数的69.62%。根据径级结构代替年龄结构的原理和方法探讨了石碌含笑的年龄结构特征,其中吊罗山种群的年龄结构完整,但成年个体较多、幼年个体较少,其年龄结构近于纺锤形,处于衰退阶段;其余4个种群的年龄结构均不完整,极度缺少幼年个体,处于衰退阶段。在此基础上,综合5个种群的调查数据,编制了种群的特定时间生命表和存活曲线。分析表明石碌含笑种群从幼苗生长到树木死亡大体可分为2个阶段:幼苗-成树阶段(年龄级为Ⅰ~Ⅳ级)和老树阶段(年龄级为Ⅳ~Ⅴ级),幼苗-成树阶段的死亡率较低,老树阶段死亡率最高。石碌含笑种群的存活曲线接近DeeveyⅠ型,属于衰退种群。

海南热带雨林国家公园道路分布及其对景观完整性的影响

为揭示高速公路、国道、省道等不同类型道路对海南热带雨林国家公园生态系统完整性和景观格局的影响,选取2000、2010和2019年海南热带雨林国家公园涉及的道路分布和土地利用数据,运用缓冲区分析法获取不同等级道路两侧的景观变化趋势。结果表明:(1)2000—2019年,海南热带雨林国家公园内道路长度增加2134.6 km,道路密度增加了0.500 km·km^(-2)。2010年,乡道及以下道路长度增加2030 km;2019年,新增高速公路,省道310升级为国道361。(2)高速公路、国道、省道两侧的斑块密度指数及景观形状指数分别在0~500、0~300和0~250 m范围呈下降趋势,随后趋向于平缓,聚集度指数则表现相反;高速公路、国道、省道的最大影响范围分别为500、300和250 m。(3)2000—2019年,道路影响范围内的耕地、有林地、草地、疏林地面积减少,其中高速公路、省道附近的有林地、草地面积降幅最大,国道附近的耕地面积降幅最大;水域、灌木林、建设用地、其他林地(含果园)面积增加,高速公路、国道、省道周边的其他林地(含果园)面积增幅最大。(4)道路影响范围内,景观形状指数、斑块密度指数和分离度指数略有增加,蔓延度指数则稍有下降;目前道路对国家公园景观的影响较小,但由于道路存在较明显的累加效应及传播作用,仍然需要注意道路对国家公园生态系统原真性和完整性的可能影响,建议加强大型道路如高速公路道路径流的汇流与净化、道路两侧生态廊道、长期环境监测等方面的研究。

广义马铃苣苔属的生物地理格局与花部演化

本文系统总结了广义马铃苣苔属(Oreocharis)的地理分布范围和花部特征,利用核基因ITS1、ITS2和叶绿体基因trnL-trnF重建广义马铃苣苔属主要物种的分子系统关系,并结合花部特征和地理分布特点分析花部特征的适应性与演化规率。结果显示:广义马铃苣苔属可分为两个支系,一个支系主要分布于中国西南地区,以黄色花冠、雄蕊4为主;另一个支系则集中分布于中国南部与东南部区域,以紫色花冠为主,并出现了雄蕊2的特化类群。广义马铃苣苔属花冠发生了两侧对称向辐射对称的演化。海南岛分布的所有4个物种都是该岛的特有种,来源于一个共同祖先(可能是花冠亮黄色、花辐射对称),后期逐渐出现花冠橙红色、两侧对称等性状。高山深谷的地理隔离作用、不同生境的隔离作用以及以不同蜂类传粉者类群的趋异选择是马铃苣苔属物种花部特征多样性演化的主要原因。

海南树附生藓类植物新资料

为了解海南热带雨林国家公园树附生藓类植物的资源分布和物种多样性,笔者于2019—2020年多次在霸王岭国家级自然保护区热带山地云雾林开展树附生藓类植物资源调查。在野外采集、标本鉴定和查阅文献的基础上,发现拟厚角藓属(Yakushimabryum H.Akiyama,Ying Chang,T.Yamag.&B.C.Tan)为海南藓类植物新记录属,狭叶拟厚角藓[Yakushimabryum tonkinense(Broth.&Paris)H.Akiyama]和散生细带藓[Trachycladiella sparsa(Mitt.)M.Menzel]为海南新记录种。笔者对新记录属和种的形态特征进行了描述并提供了特征图版,对生境以及地理分布等信息进行了介绍。新记录的发现丰富了我国和海南树附生苔藓植物的生物多样性。

圆唇苣苔属(Gyrocheilos)花柱侧偏弯折现象及其传粉适应机制

圆唇苣苔属(Gyrocheilos)是苦苣苔科的中国特有属,有5种,全部狭域分布在我国西南及广东的高海拔山区。圆唇苣苔属所有物种的花柱侧偏且花柱顶端呈90°弯折,使得柱头位于花开口的中央位置。这种独特的侧偏弯折花柱结构,说明圆唇苣苔属可能有着特殊的演化历史和适应机制。为揭示这种特殊的花柱侧偏弯折现象的发生范围、发育过程及其传粉适应机制,该研究在圆唇苣苔(Gyrocheilos chorisepalus)、折毛圆唇苣苔(G.retrotrichus)和微毛圆唇苣苔(G.microtrichus)3个物种中开展了花部综合征观察,并研究了广东大雾岭保护区内的折毛圆唇苣苔花发育过程、花部特征和繁育系统以及传粉过程。结果表明:(1)微毛圆唇苣苔只有花柱左偏弯折现象,而圆唇苣苔和折毛圆唇苣苔虽然大部分花是花柱左偏弯折,但在部分个体中出现了少量的花柱右偏弯折现象(占种群总花数的2%~3%)。(2)传粉观察发现,折毛圆唇苣苔在花蕾期即出现了花柱弯折现象,2个可育雄蕊的花药合生、位于花冠筒喉部中央位置,与侧偏花柱不存在左右镜像对称关系。(3)折毛圆唇苣苔的花粉胚珠比(P/O)为456.98±15.55,属于兼性异交繁育系统。折毛圆唇苣苔存在一定的传粉限制,自交授粉可以结实,但异交种子萌发率更高,可能存在近交衰退。(4)折毛圆唇苣苔的访花昆虫较少,访花频率较低,主要访花昆虫有隧蜂、熊蜂、食蚜蝇等;熊蜂体型较大,访花时降落在弯折花柱和花瓣下唇,胸部侧面及下部能有效接触到柱头。(5)反射率结果显示,折毛圆唇苣苔花瓣反射波长范围集中在紫光和蓝紫光区域,花冠的反射波长范围与蜂类视觉范围一致且花冠筒外侧和花瓣下唇的反射强度最大,更容易吸引蜂类落置在花冠宽大的下唇;圆唇苣苔属的花柱侧偏弯折现象可能来自近缘的长蒴苣苔属(Didymocarpus)的花柱下弯现象或镜像花(mirror-image flowers)。综上认为,这种侧偏弯折的花柱,可能通过提供昆虫降落平台,使得柱头位于花开口中央和花瓣下唇的上方位置,提高了柱头接触访花昆虫的概率,是适应高海拔地区低频率访花者的一种机制。

臭氧胁迫对两种榕树幼苗BVOCs释放的短期影响

为探究短期臭氧胁迫对植物源挥发性有机物(BVOCs)释放的影响,以一年生黄葛树(Ficus virens)和雅榕(Ficus concinna)幼苗为对象,通过开顶式气室(OTC)进行3种处理:对照组(常规大气O_(3)浓度)、低浓度组(常规大气O_(3)浓度加40 nmol·mol^(-1))和高浓度组(常规大气O_(3)浓度加80 nmol·mol^(-1))。运用热脱附与气质联用技术对榕树幼苗释放的BVOC进行分离鉴定,并使用单因素方差分析和Pearson相关系数等进行数据统计与分析。结果表明:除低浓度O_(3)对两种榕树幼苗地上和地下含氧单萜(OTs)的释放有显著促进外,其他各类BVOCs释放速率在受到短期O_(3)胁迫后均显著降低;光合参数与各组分BVOCs释放速率相关性各异,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)等是影响地上BVOCs释放的主要影响因子,Pn与土壤呼吸速率(Rs)则是地下BVOCs释放的主要影响因子;在大部分处理时,以BVOCs形式排放的碳与光合作用同化的碳的比例(BVOC-C损失比)显著降低,仅在低浓度O_(3)胁迫后黄葛树幼苗地上BVOC-C损失比例升高。本研究结果可以揭示两种榕树幼苗对O_(3)胁迫的响应和BVOCs释放的变化规律,对了解环境空气质量变化下榕树BVOCs释放的变化特征和响应机制,评估城市重点区域绿地环境空气质量具有重要意义。

大花萱草在海口市引种栽培试验初报

在海口对从美国引进的大花萱草30个品种进行试种,研究其生长物候、观赏性状及适应性。结果表明:大花萱草30个品种都能在海口正常生长,表现出了良好的生长适应性,且大多数品种观赏价值较高,适合在海口市引种栽培。

沼液在水稻生产中的资源化利用及效益综述

沼液是一种绿色、环保、高效可溶性有机液态肥,富含氨基酸、微量元素、水解酶、腐植酸等生物活性物质,具有刺激作物生长、增强植株抗逆性、改善作物品质等作用。介绍了沼液的来源、基本性质和主要用途,综述了沼液在水稻生产上的资源化利用方式及其对水稻生长发育和产质量的影响,并讨论了沼液在水稻生产中应用产生的经济、环境和生态效益,展望了该领域未来的主要研究方向。

大羽藓形态学性状及挥发性成分的GC-MS分析

为探究传统中药大羽藓的形态学特征及挥发性化学成分,以海南黎母山的大羽藓(Thuidium cymbifolium (Dozy et Molk.) Dozy et Molk.)为研究材料,对其形态性状进行了描述,比较了该种与4个近缘种或变种的形态差异,并采用石油醚快速溶剂萃取技术结合GC-MS法对其挥发性物质进行萃取和化学成分分析。共鉴定出31种挥发性成分,占总组分的91.1%,主要成分类型包括酯类(25.48%),萜类(22.64%),酮类(20.64%)及甾醇类(10.61%);主要成分为丁酸丁酯(18.96%)、4-庚酮(10.90%)、角鲨烯(10.75%)和3-甲基-4-庚酮(9.74%)。

石灰岩特有植物海南凤仙花潜在适宜生境分布模拟

模拟物种的潜在分布区是保护管理受威胁物种的重要手段。该研究对海南岛石灰岩特有种、濒危植物——海南凤仙花(Impatiens hainanensis)的潜在适宜生境分布进行预测,旨在为海南凤仙花的有效保护及重引入工作提供基础的科学依据。研究基于海南凤仙花8个种群分布点和12个环境变量,利用最大熵模型(MaxEnt)和GIS技术构建海南凤仙花适宜生境预测模型,模拟了当前时期海南凤仙花在海南岛的潜在分布区;同时基于5个实际分布数据和5个不存在数据,采用受试者工作特征曲线下的面积(AUC)、Kappa系数、真实技巧统计值(TSS)及总体精度4个评估指标综合评价模型的预测精度。研究结果表明:4个评估指标值均在0.9以上,说明MaxEnt模型能够很好地预测海南凤仙花潜在适宜生境的分布。限制其分布的主要环境因子为坡度、最干季降水量、降水量季节性变异系数。当前,海南凤仙花的最适宜生境占海南岛总面积的1.8%,主要分布于白沙西部与南部、昌江中部和南部、东方东部、乐东东北部。海南凤仙花潜在适宜生境分布狭窄,且破碎化严重,迫切需要保护。因此建议:收集海南凤仙花各种群种子,建立种质资源库;将东方天安乡、江边乡及乐东东北部(佳西保护区)等可能存在最适宜生境的地区,作为今后野外深入调查的首选区域和重引入的重点区域。