苦苣苔科镜像花的多样性及演化

泛热带分布的苦苣苔科(Gesneriaceae)在我国南方具有极高的物种丰富度与特有率,花部特征变化丰富,是研究物种形成与适应演化的代表类群。镜像花(mirror-image flowers)是极为特化的传粉系统,在苦苣苔科中出现了较多的不同类型,可能与苦苣苔科物种多样性形成与维持有关。该研究总结与分析了苦苣苔科镜像花的类型多样性以及系统分布与适应演化等,讨论了镜像花对苦苣苔科物种形成与维持的积极意义。结果表明:镜像花仅分布在亚洲和非洲的苦苣苔亚科(Didymocarpoideae)的7个属,在历史上就至少发生了5次独立起源。长冠苣苔属(Rhabdothamnopsis)、南洋苣苔属(Henckelia)及长蒴苣苔属(Didymocarpus)镜像花的花柱与可育雄蕊分别向左、右两侧偏转,形成互补镜像花;蛛毛苣苔属(Paraboea)、喜鹊苣苔属(Ornithoboea)、非洲堇属(Saintpaulia)镜像花缺乏与花柱对应侧偏的可育雄蕊(非互补镜像花);而海角苣苔属(Streptocarpus)直立堇兰亚属(subg.Streptocarpella Engler)则同时出现了互补、非互补镜像花。不同于其他被子植物(离瓣花、缺乏花冠筒),苦苣苔科中的镜像花大多伴随着明显的花冠筒、内藏的雄蕊、合生的花药,以非互补镜像花为主;传粉者以小型的无垫蜂(Amegilla spp.)和熊蜂(Bombus spp.)为主。这些特殊的花部综合征与特化的传粉机制,提高了传粉精确性,可能促进了传粉隔离与物种适应辐射。今后的一个研究重点应通过分子系统发育方法,进一步揭示苦苣苔亚科互补与非互补镜像花的进化顺序及其在物种分化与长距离扩散过程中的可能作用。     

人工湿地系统对污水磷的净化效果

建立以亚热带湿生、水生植物为主的十二套下流行一上流－上行流人工湿地系统作为处理城镇生活污水的对策。以其中四套研究其在不同的水力负荷及气候条件下对污水中磷的去除效果。人工湿地系统随处理运行时间的推移趋于稳定,对污水中的总磷、无机磷显示较好的净化效率,平均去除率在冬季达到４０％以上,夏季达到６０％以上,出水达到国家地面水Ⅲ级标准。水生植物在系统中起到明显作用,有植物系统的除磷效率及稳定性均高于无植物对照,其中２号茭白－石菖蒲系统的效果最好,总磷平均去除率为６５％。４号9蔗－苔草系统在高水力负荷下的净效果优于２号。水力负荷的增加对系统的净效果没有明显影响。     

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。     

植物繁殖生态学的若干重要问题

发现模式,并根据过程解释模式,是科学研究的主要目标.在植物繁殖生态学领域内,人们已经总结了一些重要的模式,包括普遍的雌雄同体、分离的花果期、较低的结实率、大量的同时开花、胁迫生境更易出现的异交、生活史性状与交配系统的相互作用、花序内的花分化,以及花内的雄蕊分化(异型雄蕊)等.对这些模式如何从机理上予以解释,还需要植物繁殖生态学家的艰苦努力.本文着重强调了植物许多重要繁殖特征都可以通过植株、花序以及花各层次上的资源分配而得到很好的解释,尤其是可以在很大程度上协调其他不同侧重点研究得到的矛盾结论.在今后逐渐强调多因素、多尺度对花部特征与传粉系统的适应与进化的研究中,从直接决定花部特征与交配系统的资源分配出发,将是促进人们准确理解与预测花部特征适应与进化的一个重要研究方向.     

加拿大一枝黄花对庐山自然保护区林地植物多样性及其季节动态的影响

为揭示加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)在庐山自然保护区的扩散过程及其对林地的可能影响及规律,调查了庐山自然保护区周边加拿大一枝黄花的分布现状,并在庐山自然保护区加拿大一枝黄花入侵群落设置了长期监测样地,对7个1 m×1 m的样方进行了植物多样性季节变化的定点研究.结果发现,加拿大一枝黄花已在庐山自然保护区周边大量发生,尤其是在城镇周边和高速公路两侧.庐山自然保护区森林覆盖率较高,光弱、多雾天气不利于加拿大一枝黄花的生长与繁殖,因此,加拿大一枝黄花在样地内的扩散较慢.但是,加拿大一枝黄花在所处的植物群落草本层一直长期存在,并导致样地内部分本土草本植物多度下降,尤其在每年10月期间群落植物多样性下降到最低.研究结果表明,加拿大一枝黄花也有可能在郁闭度较好的林地实现种群更新,对自然保护区的潜在影响不容忽视.     

植物雄蕊合生的多样性、适应意义及分类学意义初探

定义并总结了雄蕊合生现象,对雄蕊合生的类型、适应意义、进化及分类学意义进行了初步的讨论和总结.本文定义"雄蕊合生"为,花内雄蕊与雄蕊之间部分或整体的结合生长,既包括愈合与黏合,也包括结合紧密的贴生和靠生.根据雄蕊合生部位的不同,将雄蕊合牛分为"花丝合生"、"花药合生"和"花丝花药均合生"等三大类.每一类中还存在着合生程度不同的子类型.雄蕊合生的结构还可能进一步与柱头或花柱合生在一起,形成"合蕊柱"一类的复杂结构.雄蕊合生在裸子植物较进化的科如百岁兰科和买麻藤科中就出现了,在种子植物中集中分布在近50个科内,且从系统关系来看,雄蕊合生各个类型可能发生过多次进化上的反复.在被子植物中,花丝合生类型更多地与较早进化的类群联系在一起,且多出现在离瓣花中;花药合生及花丝花药均合生则较晚进化,多与有着明显花冠筒的合瓣花伴随出现.这暗示着,雄蕊的合牛结构有可能与花部其他特征一起影响了植物的繁殖过程,具有一定的适应意义.目前,还没有实验研究针对雄蕊合生各个类型开展实验以揭示其发育机制和适应意义.理论上,花丝合乍能增强雄蕊的强度,有时候还形成了围绕子房与花柱的杯状、管状或环状结构,能对子房和花柱有着保护作用且承受传粉者在花内移动的压力:花丝合生还可将雄蕊固定在一个较为稳定的位置,使得花药接触传粉者身体的部位相对固定,减少了花粉浪费.花药合生能将花内花药都集中到同一个位置,花粉接触传粉者身体的同一部位,从而降低花粉损耗和提高异交授粉的准确性.花丝花药均合生可以同时具有以上两种合生方式的适应意义,而且还极大改变了雄蕊的结构与空间位置,改变了花药与柱头之间的空间位置(雌雄异位),对花内自交可能性和雌雄功能干扰有着潜在的影响.雄蕊合生各个类型的适应意义及其对访花者类型与行为和植物繁殖策略的影响,还需要开展实验进行针对性的研究.由于雄蕊形态与结构较为稳定,雄蕊合生的不同方式以及合生程度可以作为科与种的分类参考.     

入侵植物凤眼蓝繁育系统在中国境内的地理变异

 对中国境内的凤眼蓝（Eichhornia crassipes）进行了大规模地理范围的调查,分析了24个地点40个种群的克隆繁殖与有性繁殖的相对水平、三型花柱的花型变化以及花部综合特征的变异。40个种群都以克隆繁殖为主要更新方式。其中36个种群只有三型花柱中的M花型;南宁、重庆的种群中出现了频率极低的L花型;南宁、重庆、福州和海口种群内,出现了具有促进花内自交潜能的半同长花柱花型（柱头与花药相靠拢的M花型变异体或L花型变异体）。与其它地方种群相比,西南和海南岛的种群表现出较多样化的繁育系统。M和L花型个体的结实个体率都约为4％,没有显著差异,种子产量在两花型个体之间也没有差异。由于种群内花型的残缺,作为促进花型之间异交传粉适应机制的三型花柱繁育系统已经解体,部分种群中出现了可以促进花内自交的半同长花柱变异体。克隆繁殖是凤眼蓝适应入侵生境的一种形式,花内自交是凤眼蓝繁育系统在入侵过程中可能的进化方向,这些繁育系统上的变化对该植物的入侵机制和途径产生了深远影响。     

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。     

加拿大一枝黄花入侵林地对植物多样性的影响及其季节变化

研究了受加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）入侵的半自然林地的植物物种多样性变化,以期揭示该入侵植物对物种多样性的直接影响规律。结果显示,加拿大一枝黄花对林地的入侵造成了植物多样性的下降,入侵区植物的多样性指数小于对照区和只有少量加拿大一枝黄花入侵的蔓延区,而对照区和蔓延区之间并无显著差异。植物多样性指数和群落均匀度指数在不同季节问存在较大变化：多样性指数从4月到11月呈现F降趋势,而从1月份开始多样性指数开始升高。加拿大一枝黄花入侵对物种多样性的影响在6月到10月份最为严重,这可能是由于这段时间该入侵植物通过旺盛的克隆生长侵占了大部分生境排挤了土著植物。可见,虽然在林下的生长受抑。加拿大一枝黄花仍可能通i寸克降繁殖占据牛境．造成林地植物多样性的下降。     

花内雄蕊分化及其适应意义

 对花内雄蕊存在显著分化的现象进行了分析与归纳, 总结了花内雄蕊分化的各种主要形式及其繁殖适应意义。“花内雄蕊分化”是指花内雄蕊与雄蕊之间存在显著分化的现象, 这一概念可以把二强雄蕊、四强雄蕊和异型雄蕊等以往单独进行研究的相关性状结合起来, 并明确区分了几种新的花内雄蕊分化形式, 以期更准确全面地认识这些相关性状的适应意义与进化。该文将花内雄蕊分化区别为花丝的分化、花药的分化、雄蕊合生的分化、雄蕊运动的分化、退化雄蕊5大类。花丝的分化主要是花丝长度的分化, 如四强雄蕊、二强雄蕊和单强雄蕊; 花药分化主要指花药颜色、花药与花粉粒大小和花药开裂时间等的分化; 雄蕊合生的分化主要体现为花内部分雄蕊合生而部分雄蕊离生; 雄蕊运动的分化指的是花内雄蕊在运动时间或方式上存在差异, 造成雄蕊处于不同的成熟阶段和位于不同的空间位置; 退化雄蕊则是花内部分雄蕊失去了生产花粉的繁殖功能, 通常也发生了花药形态上的巨大改变。异型雄蕊不仅存在花丝和花药的形态分化, 还存在着明显的功能分化, 是分化程度很高的一类特殊的花内雄蕊分化形式。一些特殊的繁育系统, 如异长花柱和镜像花柱等在种内不同个体上存在着不同形式的花内雄蕊分化。花内雄蕊分化在花内造成了多个不同的花药位置, 在很大程度上影响了雌雄异位程度, 对植物自交与异交水平、花内雌雄功能干扰等有着潜在作用; 花内雄蕊分化形成的多个不同空间位置的雄蕊还增加了对多种访花者的吸引与适应潜力, 有可能影响到访花者的类型与访花行为, 得以适应多种传粉者。此外, 花内雄蕊分化可将花粉逐渐分批次分发给访花者, 提高花粉散布效率, 可看成是“花粉呈现理论”所指的花粉装配与分发机制之一。现有的实验研究发现, 花内雄蕊分化能够吸引传粉者、保护正常花药和花粉、促进花粉散发(降低花粉竞争)、实行延迟自交和降低花内雌雄功能干扰等。花内雄蕊分化还缺少系统研究, 有些雄蕊分化形式如单强雄蕊和雄蕊运动的分化还没有针对性的实验揭示其适应意义, 鸭跖草科和某些豆科植物的雄蕊三型分化等现象也缺少进化适应意义的研究。花内雄蕊分化对植物雌性和雄性适合度可能不同的影响、如何与访花者相互作用、如何与其它花部特征一起影响植物繁殖过程等, 可能是这一领域值得今后优先研究的课题。