北京市高等植物种质资源信息查询系统的构建与特点

生物多样性信息学是生物多样性研究的重要内容,信息平台是生物多样性保护、生态教育和普及有效模式.目前,北京开展了大量的生物多样性资源的调查,但还缺少针对该区域系统而全面的物种资源信息化平台.针对北京地区生物多样性保护和生态教育的需要,基于2007～2009年开展的北京市高等植物种质资源全面系统的调查以及以往的研究数据,以物种多样性编目的数据库为框架,以计算机网络技术为支撑,构建北京市种质资源信息查询网络平台.该平台实现了高等植物种质资源信息的共享,用户可以准确查询到149科,61属,256种及变种的详细文字信息和图片信息,包括植物物种的分类、生态学特征、分布特点、濒危与保护状况、利用与人为干扰等.该平台的研建不仅为北京市植物物种资源的保护规划、外来物种的管理、资源利用等提供了重要信息支持,对科学研究和生态教育等也具有重要意义.     

第一届全国生物多样性监测研讨会第一轮通知

<正>生物多样性监测是对生物多样性组成和变化进行的有计划的观察和记录,对生物多样性进行监测是生态学研究、物种保护管理和资源可持续利用的核心环节,是评估生物多样性保护进展的最有效途径。为了中国生物多样性实施全面长期监测,在全国范围内组建生物多样性专业监测和研究队伍,建立全国生物多样性监测信息数据共享平台,定期发布生物多样性动态变化数据和综合分析研究成果,中国科学院科技促进发展局、国际生物多样性计划中国委员会、中国科学院生物多样性委     

云南被子植物菊类分支的系统发育多样性及其分布格局

全球气候变化与人为活动等因素导致的生物多样性丧失,引起了全球各界对生物多样性保护的高度关注。传统生物多样性保护主要对物种、特有种、受威胁物种的种类组成及其分布模式开展研究,忽视了进化历史在生物多样性保护中的作用。云南是全球生物多样性热点地区的交汇区,生物多样性的保护历来受到广泛关注,为了更好地探讨云南生物多样性的保护措施,该研究以云南被子植物菊类分支物种为研究对象,基于物种间的演化关系,结合其地理分布,从进化历史的角度探讨物种、特有种、受威胁物种的种类组成及系统发育组成的分布格局,并整合自然保护地的空间分布,识别生物多样性的重点保护区域。结果表明:云南被子植物菊类分支的物种、特有种及受威胁物种的物种密度与系统发育多样性均显著正相关; 通过零模型分析发现,由南向北标准化系统发育多样性逐渐降低; 云南南部、东南部、西北部是云南被子植物菊类分支的重点保护区域,加强这些区域的保护,将最大化地保护生物多样性的进化历史和进化潜能。由此可见,融合进化历史信息的植物多样性格局分析不仅有助于更加深入地理解植物多样性的形成与演变,也为生物多样性保护策略的制定提供更多的思路。     

中国履行《生物多样性公约》二十年: 行动、进展与展望

1992年6月联合国环境与发展大会(UNCED)通过了具有里程碑意义的《生物多样性公约》, 至今已经20年。在此期间, 中国1993年建立了履行《公约》的国家协调机制, 1995-1997年实施了“中国生物多样性国情研究”, 2007-2010年编制了《中国生物多样性保护国家战略与行动计划》, 2011年建立了“中国生物多样性保护国家委员会”, 并针对《生物多样性公约》的目标, 实施了多项生物多样性研究和保护行动, 包括森林、草原、荒漠、湿地、海洋等自然生态系统保护; 物种资源调查、编目、数据库建设以及珍稀濒危物种保护; 外来入侵种防治与转基因生物生态风险评估等。同时, 在生物多样性本底查明、监测体系建立、就地保护、遗传资源获取与惠益分享、传统知识的保护与应用等方面还存在很多挑战, 为此, 本文有针对性地提出了区域生物多样性本底查明、就地保护和遗传资源及相关传统知识获取与惠益分享等未来重点研究方向。     

生物多样性起源与进化研究进展

生物多样性的起源与进化是生命科学领域最重要的科学问题之一。多组学数据的积累和相关分析技术的发展, 极大地推动了人们对生物多样性起源与进化的理解和研究, 使得阐明生物进化事件发生的过程与机制成为可能。值此《生物多样性》创刊30周年之际, 本文简要回顾生物多样性起源与进化相关研究在近年来取得的重要研究进展, 以期帮助读者了解该研究方向的发展现状。过去10年中, 生物多样性起源与进化相关研究在生命之树重建、生物多样性时空分布格局、物种概念、物种形成与适应性进化以及新性状起源与多样化等方面取得了许多重要进展, 并在此基础上厘清了许多分类单元间的系统发育关系、揭示了生物多样性分布格局的部分历史成因、提出了新的物种概念和物种形成模型、阐明了新性状和新功能发生的部分分子机制。我们认为, 更精准地重建生命之树、深入挖掘基因组数据以及多学科交叉融合将是今后生物多样性研究的主要趋势。     

中国的野生动物红外相机监测需要统一的标准

采用及时、可靠的方法对物种开展有效监测是生物多样性保护的基础。红外相机技术可以获得兽类物种的影像、元数据和分布信息, 是监测生物多样性的有效途径。这项技术在野外便于部署, 规程易于标准化, 可提供野生动物凭证标本(影像)以及物种拍摄位置、拍摄日期与时间、拍摄细节(相机型号等)等附属信息。这些特性使得我们可以积累数以百万计的影像资料和野生动物监测数据。在中国, 红外相机技术已得到广泛应用, 众多机构正在使用红外相机采集并存储野生动物影像以及相关联的元数据。目前, 亟需对红外相机元数据结构进行标准化, 以促进不同机构之间以及与外部保护团体之间的数据共享。迄今全球已建立有数个国际数据共享平台, 例如Wildlife Insights, 但他们离不开与中国的合作, 以有效追踪全球可持续发展的进程。达成这样的合作需要3个基础: 共同的数据标准、数据共享协议和数据禁用政策。我们倡议, 中国保护领域的政府主管部门、机构团体一起合作, 共同制定在国内单位之间以及与国际机构之间共享监测数据的政策、机制与途径。     

四川省生物多样性基础数据库信息系统

生物多样性本底信息是开展生物多样性评价的基础,现有的生物多样性数据分布比较分散,不同的数据掌握在不同的部门,没有得到很好整合。同时,由于缺乏物种分布的空间信息,生物多样性数据很难满足环境影响评价中生物多样性评价的需求,生物多样性评价一般只限于简单的定性分析。为了促使生物多样性评价工作能更深入的开展,切实有效地保护生物多样性资源,以四川省(重点以甘孜州)为研究案例,整合了现有的生物多样性数据资源,主要包括四川省自然保护区生物多样性数据、甘孜州水生和陆生生物多样性数据、四川省环境敏感区数据以及生物多样性现场调查数据等,建立了四川省生物多样性基础数据库,同时通过数据库开发和网络开发,建立了数据库信息系统,实现了生物多样性空间数据库和属性数据库的查询检索、数据显示等功能。     

生物DNA条形码:十年发展历程、研究尺度和功能

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。     

滇西北县域生物多样性本底调查与评估

中国是世界上生物多样性最丰富的国家之一, 同时也是生物多样性受威胁最严重的国家之一。为了有效保护生物多样性, 2010年国务院批准实施了《中国生物多样性保护战略与行动计划(2010-2030年)》, 划定了32个陆地生物多样性保护优先区, 并设定了开展优先区生物多样性本底调查的战略目标、优先领域与优先行动。为此, 2010-2011年, 环境保护部联合中国科学院和高校的科研人员, 在滇西北开展了18个县的以县域为单元的生物多样性本底示范调查与研究。调查内容包括生态系统(植被类型)和物种两个层次。生态系统主要调查县域内植被类型的多样性, 完成了以群系为单位的植被类型编目; 物种层次主要调查县域内高等植物、脊椎动物、大型真菌的物种多样性组成、数量和用途等, 分析了特有物种和珍稀濒危物种数量等, 完成了县域物种编目。本文基于调查结果, 比较研究了不同县域间的生物多样性组成, 发现植被类型(108个群系)和物种(高等植物4,481种、脊椎动物625种、大型真菌222种)最丰富的县均为玉龙县。同时, 与历史记录对比研究发现, 滇西北的生物多样性分布数据十分欠缺, 严重影响了生物多样性保护的客观有效决策。生物多样性本底调查是生物多样性保护的一项基础工作, 本研究为中国未来开展大规模的生物多样性本底调查与评估提供了案例。     

中国哺乳动物形态、生活史和生态学特征数据集

物种特征是生物对生存环境适应和响应的表现, 反映了物种的生态位、适合度和生态功能。特征数据库的建立和共享是研究生物多样性维持与丧失、物种进化与适应、生态过程与生态系统功能、物种对气候变化和人类干扰响应、种内与种间关系等的基础。中国是世界哺乳动物物种数最多的国家之一, 然而目前中国还没有包含哺乳动物形态、生活史、生态学和地理分布等物种特征的数据库。我们系统查阅了文献和各种数据资料, 共收集整理出中国有分布记录的754种哺乳动物(包括近些年野外绝灭种、分布存疑种)的体重、脑容量、体长、尾长、前臂长(翼手目)、后足长、耳长、性成熟时间、妊娠期、窝崽数、年窝数、世代长度、食性、活动模式、是否特有种、濒危等级、海拔范围、栖息地类型、栖息地宽度、动物地理界、生物群系、分布型、动物地理区划和分布省份或水域等24个生态特征数据。在这些特征中, 除了分布省份或水域及是否特有种外, 其余特征数据均存在不同程度的缺失, 数据的完整度为30%‒100%。本数据库收录的哺乳动物种数为目前中国哺乳动物种数的上限, 为中国哺乳动物研究提供了基础数据, 推进中国哺乳动物多样性信息共享和深度挖掘。     

植物DNA条形码与生物多样性数据共享平台构建

DNA条形码基于较短的DNA序列实现物种的快速、准确鉴定, 不仅加快了全球生物物种的鉴定和分类步伐, 也为生物多样性的管理、保护和可持续利用提供了新思路和研究方法。植物DNA条形码标准数据库的不断完善, 将使植物多样性信息的快速获取成为可能; 将不同类型数据资源整合、共享和利用, 构建植物DNA条形码数据共享平台, 是满足公众对物种准确鉴定和快速认知的重要支撑。本文介绍了近年来植物DNA条形码的研究进展; 植物DNA条形码参考数据库的研发现状和存在的问题。结合上述问题, 围绕“大数据”时代背景, 对如何管理和使用好海量的植物信息, 如何构建数据共享平台提出了一些设想: (1)数据共享平台的元数据应尽可能翔实、丰富、准确和多关联; (2)数据标准应统一规范; (3)查询入口方便、迅速、多样, 易于管理, 便于实现更大程度的数据共享和全球化的合作交流。     

系统发育多样性在植物区系研究与生物多样性保护中的应用

利用系统发育关系从进化角度理解物种的组成、分布格局对可为有效保护和合理利用生物多样性提供科学依据。以支长为基础的系统发育多样性是最基本的测度指数,由此衍生出的几十个参数加大了选择难度。根据具体研究的问题选择合适的指标,是目前最为可行的方案,已经在植物系统发育区系研究和生物多样性保护中取得了一系列研究成果。DNA序列迅速积累特别是DNA条形码项目在全球的大力发展,提供了海量的标准化数据,为构建解决能力较好的宏系统发育树提供了可能。但是围绕系统发育多样性开展的相关研究还需要更多的物种分布、环境因子、气候等基础数据,同时对其在生态系统功能上的表征作用需要进一步验证。     

基于DNA条形码评估西双版纳国家级自然保护区对樟科植物进化历史的保护

为评估西双版纳国家级自然保护区对樟科这一重要植物类群进化潜力的保护情况, 揭示将物种进化历史纳入生物多样性保护评估的重要性, 本研究通过对西双版纳地区长期的野外调查并查阅标本记录与文献资料, 整理出该地区樟科13属121种物种的具体分布信息, 以植物条形码ITS序列作为分子标记构建了反映整个西双版纳地区樟科植物系统发育关系的系统发育树。我们以此为基础, 从物种层面分析了各物种的进化特异性(evolutionary distinctiveness, ED), 从区域层面分析了自然保护区内、外以及32个行政乡镇的系统发育多样性(phylogenetic diversity, PD), 并结合物种丰富度(species richness, SR)与物种濒危等级, 综合探讨了西双版纳国家级自然保护区对樟科植物进化历史的保护情况。研究发现, 西双版纳国家级自然保护区仅拥有整个西双版纳地区54.5%的樟科物种数, 却保护了该地区樟科植物约88.8%的进化历史, 没有被列入保护范围但却拥有高系统发育多样性的区域有打洛镇、易武乡等。就物种而言, 进化特异性相对较高的19个物种中, 有5种(26.3%)在自然保护区内没有分布; 濒危等级高的54个物种中, 有20种(37.0%)在自然保护区没有分布, 同时拥有高进化特异性和濒危等级的物种仅有1种不在保护区内分布。结果表明, 虽然西双版纳国家级自然保护区对樟科这一植物类群的系统发育多样性以及高保护价值物种的保护较好, 但仍有部分重要樟科植物的进化历史没有涵盖在现有自然保护区范围内; 按照传统方法设定的自然保护区虽能在一定程度上保护樟科物种的进化历史, 但仍然存在与标准化系统发育多样性保护策略相矛盾的地方。因此, 今后在建立自然保护区时, 应将系统发育多样性考虑在内, 以保护生物多样性应对环境变化的潜力。     

毛乌素沙地植被不同恢复阶段植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性

进入21世纪以来, 中国荒漠化恢复取得显著成效, 荒漠化、沙化土地面积持续减少, 植被覆盖度大幅提升, 但关于植被恢复过程中生物多样性如何变化的研究不足, 这制约着对荒漠化恢复成效的全面评估。本文基于群落调查和叶功能性状(叶片厚度、叶片干物质含量、比叶面积和叶片密度)的测定, 分析了毛乌素沙地不同恢复阶段(半固定沙地、固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地)的植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性特征。结果表明: (1)多数叶功能性状的系统发育信号不显著, 表明环境因子对研究区植物功能性状的塑造作用很强。(2)对于α多样性, 结皮覆盖沙地的物种多样性(Shannon-Wiener多样性, H)、物种丰富度(S)、功能丰富度(FRic)及系统发育多样性(PD)指数均显著低于其他恢复阶段, 而其他3个阶段间无显著差异; 这些指数间均显著正相关, 表明物种多样性、功能多样性和系统发育多样性在植被恢复过程中协同变化。(3) β多样性指数随恢复阶段间隔增加而逐渐增大, 表明物种组成、功能属性及系统发育关系随植被恢复持续变化, 且半固定沙地到固定沙地的群落物种组成、功能属性及系统发育关系更替最快, 导致群落间差异最大。(4)固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地群落系统发育结构均趋向于发散, 表明竞争排斥是群落构建的主要驱动力; 而半固定沙地群落系统发育结构无一致规律, 表明群落构建可能受到生境过滤和竞争排斥的综合作用。研究结果可为植被建设与管理提供参考, 为毛乌素沙地生态保育和生物多样性的保护提供科学依据。     

生物多样性信息资源.Ⅱ.环境类型数据

环境类型数据是研究生物多样性分布格局、多样性形成与维持机制、物种保育等很多重要生态学问题的基础。近年来,随着环境监测网络在全球范围内的不断扩张与新监测手段的不断涌现,区域和全球尺度上的不同类型的环境数据呈爆炸式增长。然而,这些海量的数据零散地分布在互联网的各个角落,给生物多样性研究人员了解数据信息、高效选择和利用数据等带来了挑战。面对环境数据来源广、分布零散的现状,本文从气候、地形地貌土壤与生境异质性、土地覆盖、水文和其他等5个方面对环境数据进行整理,并且选取其中一些使用频率较高的数据集,从它们的数据来源、数据结构、数据获取方式、数据精度以及数据使用情况等方面举例介绍。本文共介绍了45个不同类型的数据集,既包括WorldClim气候数据、HWSD(Harmonized World Soil Database)土壤数据等在生态学中频繁使用的数据集,也包括气候变化速率、EarthEnv生境异质性数据、全球森林覆盖数据、全球光污染数据等最新发布或较少使用的数据集。另外,需要指出的是,这些数据集远不能涵盖目前所能获得并在持续增加的环境类型数据。作者希望本文的不完整总结能够为研究人员高效选择和有效利用这些和其它相似的环境数据提供参考。     

澜沧江中游水生昆虫生活史和生态学性状多样性的海拔格局: 气候和土地利用的影响

物种通过功能性状响应环境变化, 探究群落功能性状多样性的海拔格局是揭示生物多样性空间分布格局和形成机制的重要研究内容。气候变化和土地利用是影响溪流生物多样性变化及其群落构建的重要因素, 然而气候和土地利用沿海拔梯度如何影响水生昆虫功能性状垂直分布格局的系统研究仍旧比较缺乏。本文基于2016年和2018年在云南澜沧江中游1,000-3,000 m海拔共56个溪流样点的水生昆虫群落调查数据, 利用线性和二次回归模型探索并比较了生活史性状(化性、生活史快慢、成虫寿命)和生态学性状(营养习性、生活习性、温度偏好)的群落加权平均性状多样性指数沿海拔梯度的分布特征, 并通过随机森林模型解析流域尺度气候和土地利用变量对生活史和生态学性状多样性垂直分布格局的影响。结果表明: 生活史性状中, 少于1世代、无季节性、慢季节性、成虫寿命长等性状多样性沿海拔梯度呈显著的“U”型分布格局, 而快季节性和成虫寿命极短多样性呈显著的单峰型海拔格局, 成虫寿命短多样性呈显著递增的海拔格局。生态学性状中, 温度偏好多样性与海拔梯度无关, 附着者和爬行者的多样性沿海拔梯度分别呈显著的递增和“U”型格局, 滤食者、植食者和捕食者的多样性分别呈显著递增、递减和“U”型海拔格局。随机森林模型分析结果表明, 气候和土地利用对生活史性状多样性的解释量高于对生态学性状多样性的解释量, 年平均温度和农业面积百分比是共同的关键因素。综上, 水生昆虫群落功能性状多样性海拔格局存在差异, 主要受不同自然环境梯度和人类干扰因素驱动。研究结果可为制定澜沧江流域生物多样性保护对策提供理论基础。     

大数据时代的生物多样性科学与宏生态学

高质量的生物多样性数据是认知生物多样性的起源和维持机制及应对其丧失风险的科学基础。当前,在新物种发现、已知物种的地理分布、种群数量与时空动态、物种进化史、功能性状、物种与环境之间以及物种与物种之间的相互作用等7个方面都存在着知识上的空缺。大数据时代的到来为弥补这些知识空缺提供了可能,大数据的挖掘及其应用最近已成为国际生物多样性与宏生态学研究的前沿内容。如何有效地利用和分析不断增长的生物多样性大数据是生物多样性研究面临的一个极大挑战。本文通过全球、大陆和区域尺度上的研究案例展示了大数据在生物多样性研究中应用的新进展,内容涉及森林覆盖变化、保护生态学、生物多样性与生态系统功能、气候变化对生物多样性的影响等。最后,对大数据在生物多样性研究中存在的数据采集、处理和分析等方面的问题进行了总结,并对其潜在应用前景进行了探讨。     

A taxonomic and phylogenetic perspective on plant community assembly along an elevational gradient in subtropical forests

亚热带森林植物群落沿海拔梯度的分类与系统发育研究 生物多样性沿海拔梯度的分布格局已受到广泛关注。然而,生物多样性格局沿海拔梯度的变异及其潜在机制尚不清楚。整合生物多样性的多维度信息为理解群落构建机制提供了新思路。本研究在我国东部亚热带森林沿海拔270–1470 m的梯度上设置了17个木本植物固定样地,分析了沿海拔梯度植物群落 构建的生态和进化驱动力。基于样地内物种出现(0–1数据)和多度信息,计算群落内被子植物的物种和系统发育alpha和beta多样性、系统发育结构等,并量化多样性指标与微气候和地形之间的关系。研究发现,不论多度加权与否,物种alpha多样性均沿海拔升高而增加,物种和系统发育的相似性随海拔距离的增加而呈衰减趋势。然而,多度加权与否会形成不同的系统发育alpha多样性格局。对于系统发育结构而言,沿海拔增加并无明显趋势。地形和微气候是多样性格局和系统发育结构的主要驱动力。与未考虑物种多度的多样性指标相比,多度加权的指标与坡度和胸高断面积相关性更高。这些结果表明,由局域物种多度介导的确定性过程对沿海拔梯度的植物群落构建具有一定影响。     

四川老君山国家级自然保护区林下鸟兽多样性及动态变化数据集

物种编目是生物多样性研究和保护的基础,开展野生动物多样性监测对更新本底物种编目至关重要。目前红外相机的应用十分普通,已成为陆生大中型兽类和林下鸟类监测的最有效方法之一。老君山国家级自然保护区位于四川省屏山县,面积35 km²,是我国第一个以四川山鹧鸪(Arborophila rufipectus)等珍稀濒危雉科鸟类以及常绿阔叶林生态系统为主要保护对象的保护区。本文整理了保护区2013年4月至2020年9月的红外相机监测数据并进行了详细的物种鉴定,提供了按照年度统计的红外相机监测数据集。本数据集展示了不同监测年度下的相机位点坐标和相机工作日、每个相机位点拍摄的兽类和鸟类物种数、独立有效记录数、整体鸟兽物种名录(包括分布海拔、分布区域以及不同年度下的网格占有率与相对多度指数等)、代表性物种的红外相机照片等。该数据集是保护区开展红外相机监测工作以来首次全面的成果汇总,可为保护区制定针对性保护与管理决策提供重要科学依据。     

三江并流区树线生境小型兽类多样性多维度评价及其保护启示

三江并流区具有极高的环境异质性和丰富的生物多样性, 树线以上的高山生境是该地区的核心景观之一。本研究拟通过物种、系统发育和功能多样性对高山小型兽类多样性进行评价, 并从保护生物学的角度讨论生物多样性多维度评价的意义。2013年9月至2018年11月对三江并流区树线区域展开规范化野外调查, 收集小型兽类群落信息。从野外采集的组织样品中提取、扩增、测定线粒体CYTB基因序列, 构建小型兽类物种系统发育树。通过α多样性的不同维度以及功能冗余度评价了三江并流区树线生境小型兽类多样性。结果显示, 使用不同数据类型(出现/缺失数据和多度数据)的结果并不一致, 说明仅使用传统的丰富度指数对于描述多样性分布存在较大局限。物种和系统发育多样性在不同地点间的分布相似, 但功能多样性的分布与这两者有所差异, 从另一角度说明综合评价生物多样性的不同维度对于全面保护演化历史和生态功能的必要性。与高黎贡山、云岭相比较, 怒山山脉在5个样带尺度的多样性指数上呈现最高水平, 且具有最低的功能冗余度, 说明怒山的研究和保护力度均亟待加强。