旱地小麦理想株型与生长冗余

自1968年Donald提出作物理想株型(ideotype)以来,众多学者在如何减少生长冗余、塑造理想株型方面做了大量努力,在旱地小麦育种策略和栽培管理模式创新方面取得了一定进展。而该方面的进展有限,不同领域的研究者对理想株型和生长冗余的认识存在严重分歧。综述了近年来旱地小麦理想株型研究进展,以过去20年黄土高原雨养农业区的观测数据为主进行了集成分析,将产量分别与根系生物量、地上生物量和株高等指标进行回归分析,勾画了旱地小麦在根系、茎秆和分蘖等器官中生长冗余的演变趋势,对生长冗余产生的生态学机制展开了分析,并对理想株型与生长冗余的互作关系进行了讨论。已有的研究进展表明,旱地小麦理想株型演变是一个不断消减生长冗余,但又无法完全消除冗余的复杂过程,一定程度的冗余存在是理想株型发生的物质基础。旱地小麦理想株型育种必须以基因型和环境互作关系为基础,通过减少个体间的竞争强度和个体大小不整齐性,促进物质和能量更多地向籽粒迁移,最终提高种群产量。综上所述,旱地小麦理想株型选择需建立在生长冗余理论基础上,根据生态学基本原理对基因型和表现型进行耦合分析与选择权衡。     

西北旱寒区地理、地形因素与降雨量及平均温度的相关性——以甘肃省为例

地理、地形因素是影响西北旱寒区农业种植结构和生态保育的重要因素之一。以甘肃为例,在遥感和GIS技术支持下,选取该地区122个气象站点的1980、1990、2000年3个年份各月降雨量和平均气温作为数据源,分析了各月降雨量和平均气温与经纬度、海拔、坡向、坡度之间的相关关系。结果表明,降雨量与经度、纬度和海拔3个地理、地形因子相关性较大,与坡度和坡向无显著性相关;降雨量和纬度之间存在普遍的显著性负相关,平均偏相关系数在0.5以上。另外,月平均气温与经度、海拔具有很高的显著性负相关,其中平均气温与海拔之间的偏相关系数达到0.9以上,但与坡度和坡向的相关性不显著。更进一步,分析了3个年度各月的月平均气温与纬度之间的关系,虽然气温和纬度之间存在一定的相关性,但随着年份的变化,温度与纬度具有显著性相关的月份数在减少,并且在存在相关性的月份中,气温同纬度之间的偏相关系数也在逐年减小,纬度对温度的空间分布的影响正逐渐变弱。研究结果支持了中国西北干旱区范围正向东南扩展的结论,并为全球变化下旱区农业生态系统管理提供理论潜力。     

2009年第五届“现代生态学讲座”国际会议综述

"现代生态学讲座"系列会议是由国内外华人生态学家联合发起、为加强现代生态学的新理论、新观点、新方法和热点问题的交流与合作的国际会议.总结了2009年6月27～29日在兰州大学举行的第五届现代生态学讲座国际会议的全部二十五场报告,围绕"宏观生态学和可持续发展科学"的会议主题,分别从森林生态学、草地生态学、全球变化生态学、根际和土壤生态学、分子和行为生态学以及农业生态学等角度进行了分类总结.全部报告可归纳为"生态系统服务功能的物质基础"和"生态系统服务的生态学机制"两个大的基础理论问题,而解决问题的途径必须在人类-自然耦合生态系统的大框架下进行探索.对该会议的进一步改善提出了一些建议.     

松山自然保护区各功能区植被动态及变化格局

作为全球生态保育的基石,保护区管理和设计成为研究热点。本研究旨在描述不同功能区在相应保护措施下植被的差异性变化。运用遥感和GIS技术以及景观分析手段,利用两期Landsat5TM影像提取出北京松山国家级自然保护区1987、2001年的归一化差值植被指数(NormalizedDifferenceVegetationIndex,NDVI)信息,对植被动态进行分析,并按变化率分为减少、无变化和增加3种类型,利用景观指数刻画出变化格局,就植被动态及其变化格局在不同功能区的空间分异性进行比较。得到以下主要结论:(1)保护区建立后植被大体稳定并有所改善,形成核心区>缓冲区>实验区的植被覆盖梯度。(2)在绝对保护措施下,核心区植被稳定性高并得到进一步改善。植被稳定类型集中于区域中心,增加类型聚集在区域边缘,减少类型与自然植被动态特征相符呈随机分布状态。(3)受经营、开发措施影响,实验区稳定性低,变化面积大、变幅大、增加与衰退共存,植被覆盖居全保护区最低且有退化趋势。(4)缓冲区植被动态呈现出一定的随机分布格局。     

黄土高原典型区植被冗亏

选择了黄土高原中部典型区——泾河流域为研究区域。采用Holdridge潜在蒸发方法计算出了泾河流域的气候干燥度指数,构建了遥感植被指数与气候干燥度指数之间的回归模型。通过该模型反衍出了泾河流域潜在植被指数,提出以该指数为基础的植被冗亏格局的评价新方法。通过该评价方法发现,在泾河流域西北部的大部分子流域的植被冗亏指数小于-0.2,植被亏缺较为严重;在自然环境较差的流域北部,植被冗亏指数介于-0.20到-0.10之间,植被亏缺较轻;而流域东南部山区的大部分子流域的植被冗亏指数介于-0.10到0.10之间,植被亏缺最轻。从植被冗亏的时间尺度上分析,植被亏缺主要发生在植被生长旺盛的6~9月份,其中农田植被亏缺最大,冗亏指数在7月份可达到-0.51;稀疏草原植被亏缺较小,其冗亏指数最小值在-0.18左右;森林植被的冗亏指数接近于0。     

3种丛枝菌根真菌与3种寄主植物的共生关系

【目的】利用丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌对寄主植物的偏好性和不同寄主植物的功能互补作用,建立AM真菌的高效繁殖体系。【方法】以玉米(Zea may L.)、高粱[Sorghum bicolor(L.)Moench]和白车轴草(Trifolium repens L.)为寄主植物,采用寄主植物单作和间作的盆栽培养法,研究不同栽培模式对光壁无梗囊霉(Acaulospora laevis)、单孢球囊霉(Glomus monosporum)和根内球囊霉(G.intraradices)3种AM真菌繁殖能力的影响,通过地上部分生物量的分配分析,探索C3和C4植物对AM真菌共生关系的"功能互补"效应及机制。【结果】间作模式下,寄主植物地上部分总生物量和3种AM真菌的孢子密度均显著高于单作(P0.05);单作和间作栽培模式下,3种AM真菌对玉米地上部分生物量响应无显著差异(P0.05),但单孢球囊霉和根内球囊霉对高粱地上部分生物量产生显著影响(P0.05);两种间作栽培模式下,根内球囊霉对白车轴草地上部分生物量也产生了显著影响(P0.05)。【结论】3种AM真菌对3种寄主植物的共生偏好性不同,且C3和C4植物对AM真菌共生关系存在一定的"功能互补"效应,利用AM真菌的寄主植物偏好性和不同植物间的功能互补关系,增加AM真菌的孢子产量,有利于AM真菌高效繁殖体系的建立。     

EAM会议专刊辑述评——气候变化下旱区农业生态系统的可持续性

农业生产是将自然资源不断转化为农产品的过程。简单的说就是将阳光、空气、水和土壤等无机资源转化为可以供人类消费的有机产物。农业生态系统必须对全球气候变化、市场竞争、自然环境的恶化、经济等政策法规和人民的需求等因素做出灵活的应对策略,同时还要保证自然生态系统的稳定性。在发展中国家,有超过20亿的人口每天收入低于2美元,他们收入中绝大部分都用于解决温饱。这些人大部分生活在干旱、半干旱地区,并以农业生产作为生活的主要来源。由于这些地区水资源匮乏、土壤贫瘠,粮食安全问题一直是该地区人类生存的关键。中澳两国都把干旱、半干旱地区的农牧业发展作为研究的重点。两国的专家都致力于恢复和维护干旱半干旱地区脆弱的农业生态系统。气候变化正在使农业生态系统可持续发展面临严峻挑战。因此,迫切需要农学,生态学,环境学,社会经济学等多学科的共同发展和融合解决这一问题。2010年7月20—25日在兰州大学举办了以“气候变化和旱区农业生态系统管理”为主题的“第二届生态系统评估与管理（EAM）国际会议”。国内外众多知名专家参与了此次会议,并共同讨论在全球气候变化背景下如何提高干旱半干旱地区脆弱农业生态系统生产力与可持续性。本次会议的议题是：(1）半干旱地区旱作雨养农业生态系统评估与管理,(2）干旱地区绿洲农业生态系统评估与管理。此次会议由兰州大学和澳大利亚西澳大学联合主办,中国科学院生态环境研究中心协办,由国家教育部和国家外专局联合支持、兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室承担的“旱寒生态学”学科创新引智基地和西澳大学农业研究院、FAO属下的叙利亚国际旱地农业研究中心(ICARDA)联合提供资金支持。会议期间,25位专家就干旱、半干旱地区植物土壤互作关系作了报告。另外还有18位在干旱半干旱地区科研一线工作的青年学者汇报了研究进展,并与专家进行了广泛交流。报告会之后,大会组织专家分别对典型旱区农业进行了考察,分别是兰州大学黄土高原旱地农业生态实验站(榆中)和甘肃武威市民勤绿洲农业生态系统。此次大会遴选出35篇学术论文,以专刊的形式发表于《生态学报》第31卷第9期。会议遴选出的其它英文文章将于2011年在《Plant and Soil》和《Crop and Pasture Science》上发表,敬请期待。我们相信,本专刊的出版将会对气候变化背景下旱区农业生态系统的研究和发展产生重要的推动作用。     

民勤绿洲农田生态系统服务价值变化及其影响因子的回归分析

绿洲是干旱区特有的生态系统,而农田生态系统的数量和质量的变化很大程度上决定着绿洲的变化,进而影响到区域社会经济的可持续发展。以西北干旱区典型绿洲--民勤绿洲为例,采用生态经济学的方法,对民勤绿洲2000-2009年近10年的农田生态系统服务价值进行了定量计算及其驱动力分析,结果表明:民勤农田生态系统服务价值从2000年的3.21×10⁸元逐年增加到2009年的6.95×10⁸元,年均增长0.374×10⁸元,其中,单纯生态系统服务价值年均增加约0.289×10⁸元;社会保障功能价值每年保持在1.0×10⁸元左右;使用化肥等导致农田环境污染,使得农田生态系统损失的价值由2000年的0.43×10⁸元增加到2009年的0.64×10⁸元;由于节水技术的采用,水资源利用效率的提高,农业耗水价值在不断减少,平均每年减少0.104×10⁸元;采用资源紧缺度修正后的农田生态系统服务价值比原先都有所增加,但增幅不同,系每年水资源紧缺状况不同所致。采用多元回归分析法研究了人类活动对农田生态系统服务价值变化的影响,结果表明:民勤绿洲农田生态系统服务价值的这种变化是社会经济发展水平、农业管理水平、水资源利用、种植结构转变、以及人们的生态环保意识等多种因素共同驱动下的结果。     

山黧豆毒素ODAP的生物合成及与抗逆性关系研究进展

有关山黧豆毒素ODAP的生物合成途径的前体物和合成程序已经证实,但其关键合成酶尚未分离与鉴定,因而无法克隆相应基因和利用反义RNA技术以控制其生物合成。研究表明,利用相应的抑制剂控制ODAP生物合成前体物可降低ODAP的积累量。山黧豆中ODAP含量与其抗逆性之间密切相关,这与其能有效地清除山黧豆中·OH自由基有关,外源ODAP处理获同样效果。此外,因ODAP既是含氮化合物,又是游离氨基酸,极易溶于水,可在逆境胁迫下与脯氨酸和多胺一样大量而迅速地积累,推测它也可能作为细胞渗透调节物质和防脱水剂,并在氮代谢和能量代谢方面起重要作用。对今后该领域的重点研究方向也进行了探讨。     

小麦干旱诱导蛋白及相关基因研究进展

干旱胁迫条件下,小麦相关基因受到激活并表达产生干旱胁迫蛋白,主动适应干旱环境、维持个体存活和产量形成。介绍了小麦中一些干旱诱导蛋白及相关基因的研究进展,包括不同小麦品种、胁迫程度、发育阶段的差异性反应和共性特征、对主要干旱信号物质ABA和Ca²⁺的差异应答、以及新近发现的干旱诱导蛋白及相关基因的生物学特性及主要功能等。对于干旱诱导蛋白来说,研究手段和目标从过去以单向电泳技术为主、揭示蛋白条带的表达差异转到现在以双向电泳技术为主、以揭示蛋白质组中干旱诱导蛋白结构和功能的耦合。对于干旱诱导蛋白相关基因来说,研究内容主要包括功能基因和调控基因两大类,功能基因研究主要集中在LEA蛋白基因和透物质合成酶基因等几大类型上,而调控基因研究主要集中在转录因子和蛋白激酶等相关基因及其作用。对干旱诱导蛋白及相关基因在小麦栽培管理和产量育种中的应用前景展开了讨论。