群落/生态系统功能多样性研究方法及展望

功能多样性是指影响群落/生态系统功能的物种性状值和范围,是解释和预测生态系统结构和功能的有效手段之一,可将植物个体尺度与群落尺度和生态系统尺度的相关生态学问题联系起来。虽已发展出多种功能多样性定量化研究方法,但不同方法结果差异较大,难以进行多研究间的比较研究。比较探讨各功能多样性研究方法的优缺点有利于拓展功能多样性内涵,也有助于功能生态学的应用与发展。回顾了当前10种功能多样性的定量化研究方法,并指出选取合适功能多样性方法的关键在于,应考虑选取群落/生态系统中的哪些物种、哪些功能性状、选取的功能性状数目、以及如何对功能性状权重等。对比发现,功能分散性指数和Rao二次熵系数的研究方法在众多方法中优势明显,具有较高的应用潜力;标准化功能多样性的研究方法在未来仍需进一步完善。利用功能多样性指数预测群落/生态系统过程和功能当前仍多侧重于理论研究,野外实证研究较为缺乏,是功能生态学未来研究的重点和难点之一。     

基于野外调查和同质种植园实验的芦苇植物功能性状变异研究

研究表型可塑性和遗传变异在植物表型分化中的相对作用,有助于预测全球环境变化下的植物群落组成和生态系统功能的变化。芦苇（Phragmites australis）是全球性广布的草本植物,种内变异丰富,在我国西北和东部均存在多个分化稳定的生态型,但中国芦苇在更大尺度上的表型研究还非常匮乏。将位于黄河上游的宁夏平原和黄河下游的黄河三角洲作为研究区域,通过野外调查和同质种植园实验对芦苇自然种群的植物功能性状变异进行观测。结果表明,无论在野外还是同质种植园,黄河三角洲芦苇的基径、叶长和叶宽均显著大于宁夏平原芦苇,说明两个地区的芦苇种群之间存在着受遗传决定的表型分化,这可能与两个地区间的降水等气候差异有关。在野外,宁夏芦苇的株高和叶厚显著大于黄河三角洲芦苇,但在同质园中差异消失或相反,说明株高、叶厚受环境影响较大,表型可塑性也是芦苇适应环境变化的重要机制。在同质种植园中,宁夏平原芦苇的叶片氮磷含量较低,但株数却显著多于黄河三角洲芦苇,反映了不同地区芦苇之间存在不同的适应策略,宁夏平原芦苇更偏向于高扩散率的杂草策略,而黄河三角洲芦苇更偏向于竞争策略。此外,宁夏平原芦苇的株高、叶长两个性状以及基径-比叶面积相关性在野外和同质园两个环境中存在一致性,表明了性状变异和权衡策略的遗传稳定性。综上,位于黄河上下游的芦苇种群间存在着适应性分化,这是表型可塑性和遗传变异共同作用的结果,不同来源芦苇对全球变化下的多重环境因子的响应还需要进一步研究。     

桂林岩溶石山青冈群落植物功能性状的种间和种内变异研究

研究植物功能性状的种间和种内变异,有助于揭示植物对环境的适应策略及其群落构建机制研究。以桂林岩溶石山青冈群落主要木本植物为研究对象,选取叶干物质含量（LDMC）、叶厚度（LT）、比叶面积（SLA）和木材密度（WD）4个功能性状,采用混合线性模型结合方差分解方法对其在种内和种间尺度的变异程度和相对贡献进行分析,同时运用零模型方法探讨驱动岩溶石山青冈群落构建的潜在机制。结果表明：（1） LDMC,LT,SLA和WD这4个性状在种内和种间水平上均存在不同程度的变异幅度,种间变异大于种内变异,但种内变异亦不容忽略。（2）零模型检验表明,将种内变异纳入考虑的环境过滤检测得到改善,基于个体性状值的尺度考虑群落构建机制研究是必要的。（3）对于桂林岩溶石山青冈群落,环境过滤作用确实是群落构建的重要驱动机制,与相似性限制作用和随机作用共同塑造了以青冈为优势物种的群落构建。     

江苏日本沼虾4个野生种群肌肉营养成分比较

对太湖、高邮湖、洪泽湖和骆马湖日本沼虾(Macrobrachium nipponense)的生长性状和肌肉营养进行评价与比较, 以期为良种选育提供参考依据。结果发现: 日本沼虾4个野生种群间虾体全长、体长、体重和肌肉重差异明显, 但含肉率(33.99%—35.40%)无显著差异; 日本沼虾粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和水分含量分别为17.73%—18.81%、1.40%—1.83%、1.07%—1.24%和78.44%—79.49%; 共检出氨基酸17种, 其中必需氨基酸7种, 必需氨基酸指数为70.51—74.09, 不同种群间His、Arg、Asp、Glu、氨基酸总量和非必需氨基酸总量差异显著; 共检出脂肪酸16种, 其中不饱和脂肪酸10种, 不同种群间脂肪酸种类组成(C20﹕0和C14﹕1)和含量(C18﹕0、C18﹕2和C20﹕1)差异明显。在检测的4种常量元素(Na、K、Ca和Mg)和5种微量元素(Fe、Cu、Zn、Mn和Cr)中, 仅Fe和Mn在不同种群间差异显著。研究表明, 日本沼虾虾体规格的显著增加不会引起含肉率的明显变化; 肌肉中部分氨基酸、脂肪酸和矿物质受生活环境和食物资源的影响显著, 生产中需注意调节这些营养成分的添加。鉴于太湖种群的生长潜力及骆马湖种群氨基酸、脂肪酸和矿物质的营养价值较高, 可选择二者作为亲本来改善江苏日本沼虾种质。     

放牧践踏对黄蒿功能性状的影响

植物功能性状是构成植物个体的基础,从性状角度揭示植物个体特征的变化机制尤为重要。该研究以半干旱沙质草地优势草本植物黄蒿为研究对象,探讨不同践踏强度在生长季早期对其功能性状的影响。结果表明：(1)在群落水平上,放牧践踏显著降低了生长季早期植物群落高度;而在个体水平上,黄蒿株高不是响应放牧践踏的敏感性状。(2)黄蒿的叶长、叶宽随践踏强度增加呈先增加后减少的趋势,在中度践踏强度下达到最高;茎直径随践踏强度的增加而增加;根系和全株性状随践踏强度增加无显著差异。(3)黄蒿的叶片长度、叶片宽度、单叶面积随叶片厚度的增加而减小,且叶片与一级根数目、根茎叶生物量之间均呈显著正相关关系;放牧践踏会影响黄蒿茎直径,但对其他表型性状没有显著影响;在生长发育过程中,黄蒿通过不同表型性状的非对称变化进行性状之间的权衡,践踏强度的增加对生长季早期黄蒿根茎叶生物量积累的影响很小。研究认为,黄蒿在生长季早期对放牧践踏具有较强的抵抗力,这对生长季早期半干旱沙地放牧压力的选择和物种保护具有重要的指导意义。     

玉米雄穗性状遗传结构与形成分子机制*

玉米为雌雄同株异花植物,其雄穗着生于植株顶部,雌穗腋生。雄穗一方面需产生足量花粉以保证雌穗授粉结实,另一方面由于对下部叶片的遮蔽作用和自身营养需求,其生长发育会同时影响叶片光合作用效率和能量分配,因此优化雄穗结构是提高玉米产量的重要措施之一。玉米雄穗性状包括雄穗分枝数、雄穗分枝长度、雄穗主轴长度、雄穗分枝总长度、雄穗分枝角度等,均为多基因控制的数量性状。自20世纪90年代,研究者开始利用数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)定位方法解析玉米雄穗性状遗传结构;随着玉米自交系B73等参考基因组释放,以及DNA微阵列、基因组重测序等高通量基因分型技术的日益成熟,全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)成为数量性状遗传研究的主流方法,目前已鉴定出大量玉米雄穗性状遗传位点。通过总结雄穗性状遗传定位研究结果,构建一致性图谱并挖掘定位热点区间,有助于进一步了解雄穗性状遗传结构特征及指导雄穗性状候选基因克隆。此外,通过对调控雄穗发育的已知基因进行功能分类,可为解析玉米雄穗发育的遗传网络和调控通路提供理论支撑。     

基于农艺性状指标的山西高粱地方品种核心种质构建

利用1285份山西省高粱地方品种18个农艺性状的历史数据,通过比较不同取样方法、取样比例和聚类方法组合的构建方法,确定了“多次聚类偏离度取样法+15%取样比例+欧氏距离+最长距离法”为山西省高粱地方核心种质构建的方法。192份初选核心种质和所有样本的均值差异百分率、方差差异百分率、极差符合率和变异系数变化率分别为0、83.33%、97.45%和119.63%。同时,在此基础上补充选择6个具有特殊性状但未选入的种质资源,最终确定198份高粱资源组成山西省高粱地方品种核心种质,取样量为15.4%。经核心种质和所有样本不同性状的均值t测验、极值和标准差比较、遗传多样性指数的t值检验以及主成分分析,最终得出核心种质的198份高粱资源能够代表山西省高粱地方品种的遗传多样性,为山西省高粱地方品种评价和利用提供了优先样本。     

沙生植物沙鞭不同居群形态变异研究

以沙鞭(Psammochloa villosa Bor.)20个自然居群为研究对象,对其株高、花序长度、旗叶长度、旗叶宽度和小穗长度等12个表型性状进行形态变异研究。结果显示,12个性状群体间F值为1.832~8.958,达到显著或极显著水平,表明沙鞭不同居群表型性状存在广泛变异,且变异程度各不相同;主成分分析结果显示,前4个主成分代表了沙鞭形态多样性的82.277%,其中旗叶长度、旗叶宽度、颖片长度、小穗长度等是造成不同居群表型性状差异的主要因素;依据欧式距离对参试居群进行的UPGMA聚类分析结果表明,当遗传距离为20.5时,可以将20个沙鞭野生居群划分为两类,且各表型性状并没有依居群地理分布而聚类。     

Leaf traits from stomata to morphology are associated with climatic and edaphic variables for dominant tropical forest evergreen oaks

热带森林优势种青冈叶片气孔、解剖和形态性状与气候、土壤因子的关联 了解优势树种叶片多水平的功能性状沿海拔梯度的变化及其内在关联,有助于预测优势种应对气候变化的响应与适应。本文研究了青冈属树种叶片气孔、解剖和形态性状沿海拔梯度的变化及其与环境调控因子的关联,探究了其生态策略是否随海拔发生改变。在海南尖峰岭热带森林,沿海拔梯度(400–1400 m)采集了6种常绿青冈：竹叶青冈(Cyclobalanopsis bambusaefolia)、雷公青冈(C. hui)、托盘青冈 (C. patelliformis)、饭甄青冈(C. fleuryi)、吊罗山青冈(C. tiaoloshanica)和亮叶青冈(C. phanera)叶片,用于气孔、解剖和形态性状的测定。研究结果表明,随海拔升高,青冈树种叶片气孔密度、气孔孔隙度指数和叶面积显著增加,但海绵组织厚度比和干物质含量则显着降低。叶片气孔、解剖和形态性状沿海拔梯 度的变化主要受年均温、年降水量和土壤pH 值调控。在低海拔和高海拔处,青冈属采取“耐受”和“竞 争”策略,而在中海拔处,则是“竞争”策略。土壤磷含量和土壤pH 值随海拔的变化可能是驱动其生态 策略转变的主要原因。该结果揭示,热带森林优势树种青冈可通过从气孔细胞-组织解剖结构-叶片水平功能性状的改变来响应环境变化。     

不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异, 但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据, 探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和叶片氮、磷含量4个功能性状与基因组大小之间的关系。结果表明, 被子植物最大植株高度和种子重量与基因组大小间的关系在草本和木本植物中存在显著差异。草本植物最大植株高度与基因组大小的关系不显著, 但种子重量与其呈极显著的正相关关系。木本植物最大植株高度与基因组大小显著负相关, 但种子重量与其关系不显著。木本植物叶片氮含量与基因组大小呈显著正相关, 但其他生活型植物的叶片氮、磷含量与基因组大小均无显著相关性。本研究表明被子植物功能性状与基因组大小的相关性在不同生活型间存在差异, 这为深入研究植物多种功能性状和植物生活型与基因组大小的权衡关系在植物演化和生态适应中的作用提供了重要依据。