中国黄土高原北部地区新石器-青铜时代农业结构演变及其对区域生态环境的适应

本文分析并测定了从15个位于黄土高原北部的遗址中浮选的炭化植物遗存的年代及数量,讨论了该地区新石器-青铜时代农业结构的变化、发展及自适应。研究表明,该地区粟的占比随着遗址年代的推移呈现出上升趋势,证明了先民的农业技术随时间变化而发展;受季风降水特征影响,东南部灌丛草原区粟的占比随时间变化上升趋势明显,西北部干草原区则变化较弱,证明环境的差异也造成了农业模式的不同;在干旱气候条件限制下,自中全新世以来黄土高原北部地区的主要作物始终为粟和黍,粟作农业奠定了黄土高原乃至中国北方的文明基础。     

石山苣苔属四种(含一变种)植物的染色体数目和倍性研究

石山苣苔属(苦苣苔科)约41种,主要分布于我国西南石灰岩地区。到目前为止,仅其中四种的染色体数目被研究和报道,其余绝大多数物种的染色体数目和倍性尚不清楚,染色体数目和倍性在该属及其姐妹属报春苣苔属中的演变历史及其对两属物种多样性分化的影响亦不清楚。该文以叶片水培生根法获取的四种(含一变种)石山苣苔属植物 [即石山苣苔原变种(Petrocodon dealbatus var. dealbatus)、齿缘石山苣苔(Petrocodon dealbatus var. denticulatus)、弄岗石山苣苔(Petrocodon longangensis)、石山苣苔未定名种(Petrocodon sp.)]的根尖细胞为材料开展染色体实验,探索了多种不同的实验条件对染色体制片效果的影响并获取染色体数目,在石山苣苔属和报春苣苔属的系统树上追踪了染色体数目和倍性的演变历史,同时探讨染色体数目尤其是倍性变化是否对两属物种多样性分化存在影响。结果表明:(1)长度为1～1.5 cm的根尖,0.002 mol·L^-1 8-羟基喹啉溶液预处理5 h,解离4 min为较适宜的染色体制备条件。(2)四种(含一变种)石山苣苔属植物染色体数目一致,均为二倍体(2n=2x=36)。(3)两属之间及两属各自的最近共同祖先染色体数目尚不能确定,除个别物种染色体条数或倍性有变化以外,其余已知染色体数目的物种均为2n=2x=36,在两属中高度一致,石山苣苔属与报春苣苔属物种多样性分化尤其两属物种多样性巨大差异与染色体数目和基因组倍性变化无关。综上结果为石山苣苔属植物及其近缘类群染色体制备提供了参考,也为进一步对该类群的分类、系统演化和物种形成等方面的研究提供了基础数据和启示。     

云南松形态和叶片碳氮磷化学计量及其海拔变化特征

云南松(Pinus yunnanensis Franch.)是我国西南地区特有的物种,在当地的经济、生态和水土保持功能方面占有重要地位。本研究以云南东北部不同海拔的云南松天然次生林为对象,测定了成年植株的胸径、株高、叶片长度、干重、比叶长及叶片碳、氮、磷含量,分析了不同海拔下叶片碳氮磷化学计量特征。结果表明:随海拔升高,胸径、株高、叶P含量和叶C∶N呈现"中间高,两头低"的趋势,而叶C∶P和N∶P呈现的趋势与叶P和叶C∶N的相反;云南松叶片单束松针长、比叶长、叶C、N随海拔升高呈明显降低的趋势,而单束松针重呈增加的趋势;各海拔的N∶P值(平均值为5.82±0.10)均小于14,且与植株胸径、株高呈显著负相关;该地区云南松对海拔具有较强的适应性,植株生长主要受N元素的营养限制,该结果支持生长速率假说。本研究揭示了云南松化学计量特征的空间格局变化规律,为云南松林的经营管理提供科学依据。     

军曹鱼催乳素受体PRLR1基因的克隆及其在不同盐度条件下mRNA表达差异

催乳素受体通过结合催乳素,能调节鱼体渗透压。为研究催乳素受体1(PRLR1)在高盐水体和低盐水体中对军曹鱼(Rachycentron canadum)的渗透调节作用,利用cDNA末端快速扩增(RACE-PCR)技术,获得了军曹鱼PRLR1全长cDNA序列。该基因全长为2629 bp,包含1953 bp的开放阅读框ORF,可编码650个氨基酸。氨基酸序列包含了2个纤维连接蛋白3型结构域(FN3)、保守的WS区和box1。采用qRT-PCR技术,检测不同盐度(10‰、30‰和35‰)条件下鳃、肠、体肾中PRLR1基因mRNA表达情况。结果显示,PRLR1基因在军曹鱼的各个组织中均有表达,其中鳃表达量最高,其次是肌肉、体肾和肠,而在胃、脾、脑和心脏中则微量表达。低盐组、正常组和高盐组中,PRLR1基因的表达量均为鳃最高;肠次之;体肾最低。随着盐度提高,PRLR1基因的鳃、肠和体肾组织表达量变化规律均呈逐步下降趋势。以上结果反映了军曹鱼PRLR1在渗透压器官中的功能差异性,说明PRLR1在军曹鱼渗透压调节上具有重要作用。     

同园环境中不同海拔中华蟾蜍的心脏相对大小:海塞规则是否适合外温动物?

海塞规则(Hesse’s rule)是指物种内不同种群或近缘种间的心脏相对大小随海拔或纬度梯度增加而增加。该生物地理规则的实验证据来源于内温动物,是否适用于外温动物仍不清楚。本研究采集了不同海拔的中华蟾蜍Bufo gargarizans进行同园实验,比较心脏及其功能关联器官(肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、脂肪体)的相对干重,对海塞规则进行检验。结果显示,中华蟾蜍心脏、肝脏、肺脏、肾脏和脂肪体的相对干重均随海拔增加而减小,与海塞规则预测相反,这提示外温性脊椎动物可能通过降低能量代谢需求以适应高海拔环境。     

基于功能性状的水杉原生母树种群生境适应策略

植物的功能性状变异和表型可塑性是其应对异质生境的主要机制, 对植物的生长和分布有重要贡献。本文以湖北星斗山国家级自然保护区的水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生母树为研究对象, 分析了母树种群功能性状对树木形态、地形因子及人为干扰的响应机制。结果表明: 水杉原生母树叶面积、叶干重和比叶面积的变异幅度大, 可塑性较强, 而枝和叶的干物质含量稳定性最高。人为干扰和4个地形因子均对每个功能性状变异方差有5%-20%的解释度, 冠幅对枝、叶干物质含量的变异方差有高达38%和76%的解释度。5个功能性状主要受海拔、坡位和人为干扰影响, 其中, 比叶面积对环境因子和干扰的响应规律不明显, 叶面积和叶干重在强烈人为干扰的环境中普遍增大, 枝和叶的干物质含量对坡向的变化最敏感。总之, 水杉原生母树种群通过功能性状变异对环境能产生一定的可塑性响应, 但人为干扰对母树生长影响较大, 建议人工辅助更新, 并适度减少农业和建筑对现存母树的影响。     

三峡库区消落带4种典型草本植物的生态化学计量特征

为研究三峡水库消落带优势植物的养分利用特征及其对生境的适应策略,选择消落带分布最多的4种草本植物为研究对象,分析了植物根、茎、叶的碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量和化学计量比特征。结果表明:(1)相比陆地系统和自然湿地系统,消落带植物具有较低的C含量和较高的N、P、K含量,C/N、C/P、C/K均较低,表明植物具有低固碳和高养分积累、低养分利用效率和高生长速率的特征;(2)4种植物的养分含量和计量比存在一定差异,其中狗牙根具有较低的N、P、K含量和较高的C/N、C/P、C/K,且变异系数均低于其他3种植物,其低养分需求、高养分利用效率以及较强的内稳性可能是其在库区分布最广的重要机制;(3)4种植物在不同器官的养分分配策略相似,均表现为叶片C含量低于根和茎,而N、P、K含量则显著高于根、茎;同时,与根、茎相比,叶片C/N、C/P、C/K较低,N/P、N/K较高,且在不同生境条件下变异系数较小,表现出相对较高的稳定性;(4)落消带植物的养分含量及计量比从全库区上游至下游的空间变异性较强,其中N、C/N、N/P变异性较大,而C、P、K变异性较小,表明植物N含量受生境变化的影响较大,加之消落带不同植物生长均受到严格的N限制,因此N供给可能是影响消落带生态系统结构的重要因子。三峡库区消落带植物生态化学计量特征具有明显的变异性和特殊性,是植物群落演替及生态系统功能变化的重要驱动因素。     

化龙山七筋姑种内二倍体与四倍体表型分化分析

七筋姑(Clintonia udensis Trautv. et Mey.)属百合科(Liliaceae)七筋姑属(Clintonia Raf.),多年生草本,具有二倍体(2n=14)和四倍体(4n=28)两种倍性。在陕西化龙山地区,二倍体主要分布在南坡海拔2 450 m处,四倍体主要生长在北坡海拔1 900 m左右,成为研究种内多倍体分化的理想材料。该研究从七筋姑营养和繁殖系统出发,研究其不同倍性的表型分化,揭示不同倍性的生态适应特征,为阐明七筋姑种内多倍体的演化提供线索。研究表明：(1)在根、茎、叶、花、果实、种子的11个性状中,二倍体的果实体积性状最为稳定(CV=0.02),叶长性状遗传多样性最高(CV=0.85);四倍体中果实体积性状也最为稳定(CV=0.06),而花数量性状多样性最高(CV=0.42)。(2)四倍体的果实体积平均值明显高于二倍体,但种子数量平均值显著少于二倍体,果实体积和种子体积性状在不同倍性间的分化占比最高(V_st=0.69)。(3)四倍体营养器官表型性状的遗传变异丰富度低于二倍体,其平均变异系数(CV=0.16)小于二倍体的变异系数(CV=0.44);在繁殖系统表型性状中,四倍体的遗传变异丰富度高于二倍体,平均变异系数(CV=0.30)大于二倍体(CV=0.26)。(4)显著性分析表明,二倍体与四倍体表型性状差异显著(P<0.05),而繁殖系统性状在不同倍性间无显著差异(P>0.05);PCA分析同样显示二倍体与四倍体间存在明显差异。四倍体显著的表型差异是对低海拔环境长期适应的结果。     

梨果黑斑病菌AaCaMK基因克隆、生物信息学分析及其在侵染结构分化中的表达分析

[背景] 钙/钙调素依赖型蛋白激酶（Calcium/Calmodulin-Dependent Protein Kinase,CaMK）是真核生物细胞钙信号途径中钙调素下游的一类重要靶蛋白,对病原物生长、胁迫响应及致病性等具有重要的调控作用。[目的] 对梨果黑斑病菌互隔交链孢（Alternaria alternata）AaCaMK基因进行克隆、生物信息学分析,并对其在侵染结构分化过程中的基因表达情况进行分析,为进一步研究梨果黑斑病菌钙离子信号途径中AaCaMK对A.alternata侵染结构分化调控的分子机制提供一定的理论依据。[方法] 采用同源克隆法从A. alternata JT-03中克隆得到3个AaCaMK基因;通过TMHMM、ProtScale、SOPMA等软件对AaCaMK基因进行生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR （RT-qPCR）技术分析AaCaMK在梨果黑斑病菌侵染结构分化过程中的表达情况。[结果] 克隆得到片段分别为1 212、1 200、2 349 bp的AaCaMK1、AaCaMK2和AaCaMK3基因;生物信息学分析表明,AaCaMK1、AaCaMK2和AaCaMK3均含有典型的蛋白激酶超家族催化结构域（PKC_Like Superfamily）,并且AaCaMK1和AaCaMK2共同含有CaMK类丝/苏氨酸蛋白激酶催化结构域（STKc_CaMK）,AaCaMK3含有LKB1/CaMKK类丝/苏氨酸蛋白激酶催化结构域（STKc_LKB1_CaMKK）;同源性分析表明,AaCaMK1、AaCaMK2和AaCaMK3分别与玉米大斑病菌CAK1、CAK2和CAK3的相似性高达94.32%、97.49%和86.57%;RT-qPCR分析表明,AaCaMK1、AaCaMK2和AaCaMK3在疏水及果蜡诱导A. alternata侵染结构分化过程中均显著上调表达（P<0.05）,而且果蜡诱导作用更显著。其中AaCaMK1和AaCaMK2在附着胞形成时期（6 h）表达量为对照的1.51倍和3.05倍,而AaCaMK3在侵染菌丝形成阶段（8 h）表达量最高,为对照的2.86倍,并且在果蜡诱导下,这3个基因在芽管伸长阶段（4 h）的上调表达量显著高于疏水界面。[结论] 钙信号中AaCaMK基因在疏水及果蜡诱导A.alternata侵染结构分化过程中发挥重要的调控作用。     

光照和氮磷供应比对木荷生长及化学计量特征的影响

光照和养分限制是影响林下植物生长和更新的关键影响因素,以亚热带主要常绿树种木荷（Schima superba）实生幼苗为试验对象,研究了不同光照（全光照、遮阴即45%全光照）和N、P供应比例（5,15,45）对幼苗生长和化学计量特征的影响。结果表明：（1）遮阴不仅严重抑制了木荷各器官和单株生物量积累,更加剧了P限制。尽管N、P添加对木荷生长没有显著促进作用,但N、P供应比例为5时的性状组合更有利于木荷后期生长,但高N、P供应比例可能导致P限制。（2）遮阴下叶N、P含量显著增加,但叶C/N和C/P比显著降低;不同光照处理组中各器官及总N含量均随N、P供应比例增大而显著增加,而C/N比逐渐降低;P的分配格局发生改变,全光照组各器官P含量为茎 > 叶 > 根,遮阴组各器官P含量为根 > 茎 > 叶。（3）随N、P供应比例增加或光照强度降低,木荷均趋向降低根冠比和根质比、增加叶质比或茎质比。（4）木荷生物量与各器官N、P含量、叶质比呈极显著负相关,而与C/N和C/P比及根冠比、茎质比、根质比呈极显著正相关。光强和N、P比例变化均显著影响了木荷幼苗的养分利用特征,因而木荷作为伴生树种优化林分环境对其早期生长具有重要意义。