森林生态系统水文调节功能及机制研究进展

本研究从森林生态系统的水文过程出发,介绍了其相关概念及发展史,总结了目前森林生态水文学的研究成果,对森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)的水文过程、影响因素及生态水文模型等方面的国内外研究进展进行了系统的阐述,同时也对森林生态系统的水土保持、水质净化和物质循环过程进行了归纳和总结。目前的研究还需要从以下几方面加以深入:(1)森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)功能性状与环境因子对流域水分储蓄、循环、入渗与产流过程的影响及其机理;(2)森林生态系统水土保持、水质净化、元素循环三者之间耦合机制方面的研究;(3)森林生态系统的水文过程与能量流动、物质循环之间的相互关系;(4)在时间尺度和流域尺度上研究森林生态系统生态水文过程的变化情况。因此,今后的研究应加强对森林生态系统多学科、多尺度的综合研究,同时要结合现代高新技术方法来研究不同植被类型的功能性状对水文过程的影响及其机制,为森林生态系统的管理提供科学依据。     

云南草寇花序内不同部位的性分配

两性花植物花序内的性分配常存在差异,资源竞争、结构效应、交配环境(雌雄异熟、传粉者定向访花行为等)或授粉不均匀等几种假说可以解释这种现象。为验证上述假说,该研究以云南草寇两种表型(雄先熟型和雌先熟型)为材料,分析了其花序内不同部位(基部、中部和顶部)的每花花粉数、胚珠数、花粉/胚珠比、结实率和结籽率,花序内传粉者的定向访花行为,以及人工辅助授粉和去花处理对结实率和结籽率的影响。结果表明:两种表型花序内每花花粉数不随部位而变化,每花胚珠数、结实率和结籽率由基部到顶部依次降低,每花花粉/胚珠比由基部到顶部依次增加,表明顶部花存在偏雄的性分配。人工辅助授粉后,结实率、结籽率仍由基部到顶部依次降低,表明授粉不均匀假说不能解释云南草寇花序内不同部位结实率、结籽率的差异。去除基部和中部花后,顶部花人工辅助授粉条件下的结实率、结籽率与基部花人工辅助授粉条件下的结实率、结籽率无差异,表明云南草寇花序内不同部位结实率、结籽率的差异主要由资源竞争引起。雌先熟表型每花花粉数、花粉/胚珠比高于雄先熟表型,表明两种表型存在性分配差异。传粉者主要先访问云南草寇基部的花,然后向顶部移动。云南草寇花序内顶部偏雄的性分配可能是由资源竞争和传粉者定向访花造成的。     

两种姜科花柱卷曲性植物柱头的位置与其可授性的关系

花柱卷曲性是一种见于姜科山姜属(Alpinia)和砂仁属(Amomum)植物中的独特的性二态现象, 具有这一性系统的植物, 其居群包括上举型和下垂型两种表型, 所有个体的雌雄性别功能在时间和空间上分离。本研究通过操控授粉和花粉管生长两项实验, 探讨花柱卷曲性植物个体两性功能的隔离方式及其适应意义。云南草蔻(Alpinia blepharocalyx)操控授粉实验表明, 自花花粉对其异交率影响不显著(P > 0.05), 但可能由于自花花粉沉降导致胚珠贴现进而引起近交衰退, 操控条件下每果结籽数显著减少(P < 0.01)。云南草蔻和红豆蔻(Alpinia galanga)花粉管生长实验都显示无论对两种表型进行怎样的授粉处理, 花粉粒萌发和花粉管生长的速率仅在柱头处于可授位置时表现出最大值, 与自交和异交授粉方式无关; 上举型植株上午花粉囊虽未裂但其内花粉已成熟。研究结果表明即使不考虑花柱运动, 山姜属植物也具有异型雌雄异熟的特性。这一结果证实了花柱卷曲运动机制是通过互补式雌雄异位和异型雌雄异熟相结合形成的花部二态性, 异型雌雄异熟促进了异交, 而花柱运动的功能可能在于避免雌雄干扰。     

花柱卷曲性的维持及功能性别特化

花柱多态型的型比通过选型交配形成的负频率依赖的选择来维持。种群空间格局对于频率依赖选择所维持的花柱多态型是至关重要的。该研究使用摆放实验构建不同型比的马来良姜(Alpinia mutica)人工种群, 以评价花柱卷曲性促进选型交配的功能。使用邻域模型调查了云南草蔻(Alpinia blepharaocalyx)种群中的目标植株的坐果数、结籽数及其邻域中花序的数量和型偏以探讨在局域尺度上目标植株的雌性适合度是否受负频率依赖的选择。通过比较云南草蔻上举型和下垂型各繁殖性状的差异以及两型的功能性别的计算以评估两型功能性别可能存在的特化趋势。摆放实验结果说明花柱卷曲性形成的二型种群可以促进型间花粉传递。在局域尺度上, 云南草蔻两型倾向于同型聚集分布, 这一分布特点反映出其克隆生长特性。统计结果说明: 邻域中异型花粉供体相对丰富度对两型目标植株都无影响; 目标植株雌性适合度在邻域中不受负频率依赖选择的影响。这一结果并不支持负频率依赖的选择在该研究尺度上是影响种群型比结构的主要机制。云南草蔻两型个体在花期和果期的繁殖指标上不存在显著差异; 功能性别计算结果显示选型交配是种群内唯一的交配模式时, 下垂型功能性别偏雌性而上举型功能性别偏雄性。这一功能性别特化的趋势可能是通过对上举型的雄性功能的选择而造成的, 并可能与种群型结构相关。当功能性别计算只考虑自交而忽略近交衰退时, 种群功能性别偏向雌性。     

杠杆状雄蕊及其进化生态学意义

对被子植物一类特化雄蕊——杠杆状雄蕊的结构多样性及其进化生态学意义进行了归纳总结。植物的花在进化过程中, 常会发生雄蕊群的改变, 包括雄蕊数目及其形态结构的变化, 同时雄蕊功能也会发生相应的适应性转变。杠杆状雄蕊是指结构特化为杠杆状或距状, 在传粉过程中具有类似杠杆功能的一类特化的雄蕊类型。目前, 已在唇形科不同亚科以及姜科6个属中发现杠杆状雄蕊, 根据其结构和形态发生方式总体上可分为2大类: 一类是唇形科中以鼠尾草属(Salvia)为代表的, 由2个可育雄蕊平行发育、药隔组织增长所形成的杠杆状雄蕊; 另一类是姜科植物中由一个可育雄蕊特化形成的带有距状附属体的雄蕊类型。在生态功能上, 两类雄蕊均能通过传粉者推动其距状下臂做杠杆运动进行传粉, 被认为是一种促进异交的传粉机制, 可通过精确传粉和花粉分发等途径影响植物的繁殖成功。杠杆状雄蕊在不同的类群中是独立起源与进化的; 仅在唇形科鼠尾草属中, 杠杆状雄蕊发生了3次独立进化, 而且它可能是触发该属物种适应性辐射的关键性状。将来需在宏观进化和微观进化两个水平深入探讨杠杆状雄蕊的进化生态学意义。     

从合作的进化探讨植物与传粉者的相互作用

合作的进化为研究植物–传粉者相互关系提供了新的视角。植物与传粉者通过"报酬换服务"建立种间合作关系。这一合作关系从建立、维持到解体面临着3个关键问题:(1)在植物和传粉者不了解对方质量信息时,双方如何选择出最适伙伴,进而建立合作关系;(2)合作方如何限制欺骗策略(比如,盗蜜和欺骗性传粉)的扩散以维持合作关系;(3)什么过程可导致传粉合作关系的解体。植物与传粉者间信号博弈或筛选博弈可促进二者合作关系的建立。面对欺骗策略,传粉者和植物分别采用伙伴选择机制和防御机制加以应对。合作者与欺骗者的稳定共存也有助于植物–传粉者合作的维持。从合作转向对抗、转向新的伙伴和合作放弃3个过程可导致植物–传粉者的合作关系的解体。植物与传粉者合作关系的理论预期已经得到了部分实验结果支持,深化了我们对植物与传粉者合作过程中关键机制的理解。在今后的研究中,需要进一步探讨以下问题:(1)传粉者对植物信号诚实性的选择作用和植物对传粉者的筛选作用;(2)植物与传粉者各自应对欺骗策略的可能机制及其相对重要性;(3)合作者与欺骗者稳定共存的机制;(4)植物与传粉者合作系统对全球变化的响应。     

鼠尾草属不同物种的雄蕊杠杆机制对传粉者空间变异的进化响应

被子植物虫媒传粉植物的物种分化通常被认为是花性状响应传粉环境(传粉者)的空间变异而发生适应性分化的结果。通过对鼠尾草属(Salvia) 3个物种(共4个居群)传粉互作系统的比较, 探索了花性状对不同传粉环境的进化响应。结果表明: 各居群的传粉者组成、主要传粉者类型及其大小各不相同, 杠杆状雄蕊及相关花部性状大小在不同居群间具有显著差异; 各居群均表现出腹部传粉和背部传粉2种传粉模式, 但背部传粉仍然是最有效的传粉方式; 居群间杠杆状雄蕊长度与传粉者体长表现出极显著的正相关, 然而花冠长与传粉者体长表现出负相关; 花冠口高度和柱头高度与传粉者胸厚也表现出一定的协同变异。鼠尾草属植物的杠杆状雄蕊及相关花部性状在传粉系统的进化过程中表现出高度的可塑性, 表明雄蕊杠杆传粉机制对传粉环境的变异非常敏感, 在该属植物的物种分化过程中具有关键作用。