Climate drives differences in the germination niche of a globally distributed invasive grass

外来入侵物种在入侵地经常面临很强的选择压力,这常常导致种内变异。在生活史事件发生的时间上,种群分化对气候梯度的响应被认为是促进许多入侵物种扩张的重要机制。对于产生种子的植物来说,种子萌发的时间决定了萌芽所经历的第一个环境条件,这对入侵植物的成功定植、种群建立和传播具有重要意义——尽管对于萌发在植物入侵成功中所起的作用仍然知之甚少。在本研究中,我们评估了入侵植物石茅(Sorghum halepense)在北美分布的10个种群的种子萌发在温度和降水梯度上的动态变化,以及这种变化是否与本地气候有关。种子被放置于一个较宽的温度范围(11-48˚C)以及两个水分梯度处理中。我们发现,石茅的种子可以在很宽的温度范围下萌发,但在不同的种群中,种子萌发的比例随温度和水分的不同而有较大的变化。有证据表明,当石茅的生长范围从温暖的气候扩展到寒冷的气候时,种子萌发温度的生态位也同时发生了向低温的转变。我们的研究结果表明,石茅种子的萌发已经适应了当地的气候,使其在整个生长范围内的萌发最大化,这可能是其入侵新环境的一个重要贡献因素。     

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。     

大豆滞绿(stay-green)突变体诱变后代表型性状变异分析

本文利用大豆滞绿突变体Z-94320经60Co-γ射线诱变的突变体后代M5、M6代为材料,进行两年的田间性状观察记录统计,用相关性分析、主成分分析、聚类分析对其17个主要表型性状统计分析。结果表明:诱变后代产生了丰富的变异,出现了多种种皮色和子叶色,产生了非滞绿性状,形成了各种生育周期,且分离出晚熟性状。通过相关性分析发现,单株粒重与株重、茎粗、主茎荚数、分枝荚数、一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数、瘪粒荚数、虫食数呈极显著正相关,这些性状可以对产量进行预测;主成分分析在M5代提取出“产量因子”、“株型因子”、“粒荚因子”、“茎荚因子”四个主成分,对农艺性状累计贡献率达到70.50%,M6代提取出“产量因子”、“虫害因子”、“株型因子”、“茎杆因子”四个主成分,对农艺性状累计贡献率达到71.54%;聚类分析将M5、M6代材料分别划分为6类,发现同代中各类群农艺性状情况大致相似,但是各农艺性状在两代之间的变化明显,在株重、结荚高度、单株粒重等方面M6代显著高于M5代,并筛选出两株高产品系和一株特色滞绿品系。本研究逐步完善了对滞绿大豆突变体库的构建,为滞绿大豆诱变后代的遗传多样性研究提供了基础的数据分析。     

基于GIS的滨海盐渍化农田土壤空间变异及其分区管理

针对滨海盐渍化农田盐碱瘠薄、土壤属性空间变异大、粗放管理效益低的现实,研究管理分区精准划分方法,采取差异化措施,提升盐渍化土地利用水平。该文以无棣县农田为研究区,采用网格法结合土地利用现状定点野外采样、室内化验分析获取土壤属性数据,运用ArcGIS 10.2地统计方法分析土壤属性的空间变异特征;在MATLAB R2016a中采用模糊c-均值聚类法（FCM）计算各样点的模糊隶属度,通过插值预测模糊隶属度的空间分布,基于最大隶属度原则进行分区;通过变异性分析和最小极差法（LSR）差异显著性检验,对分区结果进行精度验证。结果表明：无棣县农田土壤总体呈轻中度盐渍化,有效氮含量偏低,有机质、有效磷含量中等,速效钾含量较高;有机质、有效氮、有效磷、速效钾和含盐量呈中等变异性（变异系数25.0%-52.3%）,空间变异性较大,应分区调控;速效钾、含盐量和pH的块金效应值小于25%,主要受土壤质地、地下水矿化度等结构因素影响,有机质、有效氮和有效磷的块金效应值在50%-75%之间,受耕作方式、施肥等人为因素影响较大。将全县农田划分为3类管理区,估算面积分别为2.56万hm²、1.76万hm²、3.24万hm²;各分区土壤养分变异系数分别为23.9%-51.5%、15.9%-50.3%、14.7%-33.0%,检验结果表明各分区间差异显著,而各分区内部变异性明显低于未分区。管理分区与土壤属性空间分布特征具有较高的拟合度,分区结果可以作为差异化管理的作业单元。研究结果为各分区内部统一、不同分区间差异化管理提供了依据,研究有助于推进滨海盐渍化农田精准化管理水平的提高。     

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。     

小叶锦鸡儿天然居群叶形态性状变异研究

为揭示小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)天然居群叶形态性状的变异规律及其生态适应性特征,该研究以10个小叶锦鸡儿天然居群为对象,通过多重比较、巢式方差分析、相关性分析、聚类分析和主成分分析等方法,对7个叶形态性状进行分析。结果表明：(1)小叶锦鸡儿叶形态性状在居群内和居群间均存在极显著差异(P < 0.01),平均变异系数为10.13%,不同性状的变异幅度为6.23%~12.78%;平均叶形态性状的表型分化系数为43.62%,居群内变异(30.09%)大于居群间变异(24.91%),说明居群内是其叶形态性状变异的主要来源。(2)相关性分析表明,环境因子对小叶锦鸡儿的叶形态性状变异有很大的影响,在地理空间上主要呈现出沿海拔梯度的变异模式;主成分分析的结果显示,小叶宽、叶柄宽和叶柄长对小叶锦鸡儿叶形态变异起主导作用;利用欧式距离对小叶锦鸡儿居群进行UPGMA聚类分析结果显示,基于叶形态性状和环境因子可分别将小叶锦鸡儿10个居群分为3类和2类,Mantel检验结果表明,小叶锦鸡儿的叶形态性状变异不存在地理连续性。研究结果为小叶锦鸡儿的适应性进化和开发利用提供了理论依据。     

三裂叶薯NBS-LRR类抗病基因的筛选鉴定与结构分析

为发掘甘薯近缘野生种三裂叶薯(Ipomoea triloba)的NBS-LRR类抗病基因,从基因数据库中对三裂叶薯基因组序列进行了筛选、鉴定和分析。结果表明,从三裂叶薯的98 025个基因中,筛选到282个编码NBS-LRR类蛋白的基因,其中N型80个,NL型83个,CN型28个,CNL型57个,TN型10个,TNL型23个,RN型1个。三裂叶薯的16条染色体上均含有NBS-LRR家族基因,数量最多的染色体含有65个,最少的只有1个。三裂叶薯基因组共有55个基因簇,包含了63.5%的NBS-LRR家族基因。在NBS-LRR抗病基因家族中,CNL和TNL亚家族分别对应到7和11个保守结构域。这为三裂叶薯抗性资源的利用提供了科学参考。     

基于扩展的Budyko模型定量评估平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的影响

流域季节性径流变化反映了年内水资源的动态特征。在以森林为主的流域中,森林变化和气候变异被普遍认为是影响流域水文过程的两大驱动因素。因此在全球气候变化背景下,研究流域森林恢复和气候变异对流域季节性径流的影响,可为协调区域碳-水关系和制订可持续的森林经营管理策略提供参考。选择鄱阳湖流域上游的平江流域为研究对象,根据流域历史森林覆盖率变化情况,将研究期划分为参考期（1961-1985）和森林恢复期（1986-2006）,采用Mann-Kendall趋势分析研究流域长时期水文气象数据是否存在显著变化趋势。同时引入月干旱指数（潜在蒸散发和有效降雨的比率）,将一年定义为能量限制季（1-6月）和水分限制季（7-12月）,结合扩展的Budyko模型定量分析平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的相对贡献。在本研究流域整个研究期内（1961-2006）,通过Mann-Kendall趋势分析发现,研究流域水分限制季径流呈现显著增加趋势,而能量限制季水文和气候变量变化趋势均不显著。其次,相较于参考期,流域森林恢复使能量限制季径流降低了11.71 mm/a （24.40%）,使水分限制季径流增加了12.27 mm/a （17.23%）。同时,气候变异导致能量限制季径流减少了36.28 mm/a （75.60%）,而使水分限制季径流增加了58.94 mm/a （82.77%）。上述研究结果表明,森林恢复对径流影响具有累积效应。森林恢复对季节性径流具有积极的调节作用,同时季节性径流对森林恢复的响应存在时间差,而且森林恢复对径流的影响在能量限制季和水分限制季具有相互抵消的作用,气候变异与森林恢复的影响效应类似。此外,本研究也证实,平江流域季节性径流变化主要是受气候变化主导,但森林恢复对季节性径流的贡献也不容忽视。     

土壤微生物碳素利用效率研究进展

土壤微生物碳素利用效率(CUE)是指微生物将吸收的碳(C)转化为自身生物量C的效率,也称为微生物的生长效率。土壤微生物CUE是生态系统C循环中的重要生理生态学参数,影响着生态系统的C固持、周转、土壤矿化以及温室气体排放等过程。在全球环境变化背景下,认识土壤微生物CUE的变异及其影响机制,对于更好的认识生态系统C循环过程及其对全球变化的响应具有重要意义。概述了CUE的定义及其测定方法,重点综述和分析土壤微生物CUE的变异及影响因素取得的研究进展。基于现有研究的分析得出,土壤微生物CUE通常表示为微生物的生长与吸收的比值,分为基于微生物生长速率、微生物生物量、底物吸收速率和底物浓度变化等方法进行测定。土壤微生物CUE在0.2-0.8的范围内变化,这种变异主要受到来自热力学、生态环境因子、底物养分质量和有效性、化学计量平衡以及微生物群落组成的影响。今后土壤微生物CUE的研究应加强对微量代谢组分的定量分析,生物和环境要素交互影响的调控机理解析,以及微生物动态生理响应过程的碳循环模型优化。     

黄土高寒区坡面土壤水分的时间稳定性

为揭示黄土高寒区人工林土壤水分的时空变化特征,基于2018年植被生长期一处典型人工植被恢复坡面0-200cm剖面土壤含水率连续动态数据,运用经典统计和时间稳定性分析,研究不同深度土壤含水率的时空变异性和时间稳定性。结果表明：在测定时段内,剖面各土层深度土壤含水率无显著差别,在空间上均表现为中等变异性,呈现随土层深度的增加而增大的趋势,在时间上表层表现为中等变异性,其余各层均表现为弱变异性,深层土壤水分的时间变异性小于浅层;随着测定时间变化,试验地0-200cm土壤含水率Spearman秩相关系数均达到0.8以上,且呈极显著相关,表现出一定的时间稳定性特征;土壤含水率的时间稳定性随土层深度的增加而增强,具有深度依赖性;基于相对差分分析可以选择代表性测点监测区域平均土壤含水率（决定系数R²为0.7138-0.8605）,以期为合理布设土壤水分监测点提供理论依据,对于植被恢复与生态重建模式的选择具有指导意义。