云南被子植物菊类分支的系统发育多样性及其分布格局

全球气候变化与人为活动等因素导致的生物多样性丧失,引起了全球各界对生物多样性保护的高度关注。传统生物多样性保护主要对物种、特有种、受威胁物种的种类组成及其分布模式开展研究,忽视了进化历史在生物多样性保护中的作用。云南是全球生物多样性热点地区的交汇区,生物多样性的保护历来受到广泛关注,为了更好地探讨云南生物多样性的保护措施,该研究以云南被子植物菊类分支物种为研究对象,基于物种间的演化关系,结合其地理分布,从进化历史的角度探讨物种、特有种、受威胁物种的种类组成及系统发育组成的分布格局,并整合自然保护地的空间分布,识别生物多样性的重点保护区域。结果表明：云南被子植物菊类分支的物种、特有种及受威胁物种的物种密度与系统发育多样性均显著正相关;通过零模型分析发现,由南向北标准化系统发育多样性逐渐降低;云南南部、东南部、西北部是云南被子植物菊类分支的重点保护区域,加强这些区域的保护,将最大化地保护生物多样性的进化历史和进化潜能。由此可见,融合进化历史信息的植物多样性格局分析不仅有助于更加深入地理解植物多样性的形成与演变,也为生物多样性保护策略的制定提供更多的思路。     

生物多样性信息资源.Ⅰ.物种分布、编目、系统发育与生活史性状

物种分布、编目、系统发育与生活史性状等是生物多样性研究的数据基础,在物种起源与进化、生物多样性保护等研究中发挥着重要作用。近年来,大量数据共享平台的建设极大地促进了生物多样性信息学的蓬勃发展,但这些海量的、高异构性的数据资源也使得研究人员无从下手。如何高效选择和有效利用这些资源,成为生态学家和保护生物学家面临的一大挑战。针对现有的生物多样性数据零散分布的现状,本文将这些数据从物种分布、编目、系统发育与生活史性状4个方面进行整理,分别选取一些代表性的数据库如:全球生物多样性信息网络(GBIF)、世界植物种名录(The Plant List)、Open Tree of Life、植物性状数据库(TRY),对其数据类型、采集方式、范围、获取方式等进行描述,并对相关研究成果进行简要介绍。在各部分中,针对我国生物多样性数字平台的构建等方面的工作与成果,我们也进行了简要描述。通过这些数据资源的整理,希望为研究人员了解和使用这些数据库提供桥梁和纽带,能够进一步促进国内研究人员对这些数据库的有效利用,并通过科研人员与公众等的参与,促进数据共享平台的构建与完善,进一步推动生物多样性的研究和保护领域的发展。     

戴云山物种多样性与系统发育多样性海拔梯度分布格局及驱动因子

生物多样性的海拔分布格局是生态学研究的热点。海拔作为综合性因子驱动着植物群落的物种、系统发育与功能多样性的空间分布。以戴云山南坡900-1600 m森林植物群落为研究对象,探讨物种多样性、系统发育指数与环境驱动因子的相互关系以及环境因子在群落构建与多样性维持中的重要意义。结果表明：（1）森林植物群落的系统发育多样性与物种多样性沿海拔均呈现中间高度膨胀格局。（2）物种多样性Margalef指数、Shannon-Wiener指数与系统发育多样性指数呈显著正相关,表明物种多样性越高,系统发育多样性也越高。Shannon-Wiener指数与物种多样性指数（Margalef、Pielou、Simpson指数）、系统发育多样性及系统发育结构都存在显著相关性,一定程度上Shannon-Wiener指数可以代替其他指数。Pielou指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数与系统发育结构NRI （Net relatedness index）指数、NTI （Net nearest taxa index）指数存在显著正相关,表明群落优势度、均匀度与系统发育结构相关性较强。（3）土壤全磷含量是影响系统发育多样性和物种多样性的主要驱动因子,土壤含水量是影响Shannon-Wiener、Pielou、Simpson指数的最显著因子,海拔是影响群落系统发育结构的主要因素。海拔是影响系统发育结构变化的主要环境因子,而土壤因子是影响物种多样性与系统发育多样性的主要因素,进一步验证了物种多样性与系统发育多样性的高度相关,结果旨在揭示物种群落空间分布规律。     

系统发育多样性测度及其在生物多样性保护中的应用

生物多样性保护面临两个基本问题：如何确定生物多样性测度以及如何保护生物多样性。传统的生物多样性测度是以物种概念为基础的,用生态学和地理学方法确定各种生物多样性指数。其测度依赖于样方面积的大小,并且所有的物种在分类上同等对待。系统发育多样性测度基于系统发育和遗传学的理论和方法,能确定某一物种对类群多样性的贡献大小。该方法比较复杂,只有在类群的系统发育或遗传资料比较齐全时方能应用。本文认为,物种生存力途径和系统发育多样性测度相结合有助于确定物种和生态系统保护的优先秩序。     

龙羊峡水库鱼类多维多样性空间分布格局

为了解龙羊峡水库鱼类多维多样性现状及空间分布格局,于2022年6月对龙羊峡的鱼类进行了调查,并结合鱼类物种出现与否、个体数和生物量3种数据类型对龙羊峡鱼类物种多样性、系统发育多样性和功能多样性现状及空间分布进行了研究。调查共采集鱼类2416尾, 94.24 kg,经鉴定有鱼类19种,隶属于4目7科17属,其中土著鱼类8种,外来鱼类11种。与历史调查相比,龙羊峡的土著鱼类减少,而外来种显著增加。基于3种数据类型计算的物种多样性、系统发育多样性和功能多样性分布结果存在差异,所以在研究鱼类生物多样性时应该结合多种数据类型对其进行综合评估。具体来看,龙羊峡物种丰富度分布呈现出库首>库尾>库中的特征,但个体数和生物量从库尾至库首逐渐减少; 3种数据类型计算出的鱼类系统发育多样性均在库中最高;基于物种出现与否和个体数两种数据类型计算的功能多样性均在库尾较高,而基于生物量数据计算的功能多样性则在库首较高。回归分析表明,龙羊峡鱼类系统发育多样性受外来物种显著影响,而物种多样性和功能多样性的变化与距大坝距离和外来种数量之间均不相关。     

系统发育多样性测定及其在生物多样性保护中的应用

生物多样性保护面临两个基本问题：如何确定生物多样性测度以及如何保护生物多样性。传统的生物多样性测度是以物种概念为基础的,用生态学和地理学方法确定各种生物多样性指数。其测度依赖于样方面积的大小,并且所有的物种在分类上同等对待。系统发育多样性测度基于系统发育和遗传学的理论和方法,能确定某一物种对类群多样性的贡献大小。该方法比较复杂,只有在类群的系统发育或遗传资料比较齐全时方能应用。本文认为,物种生存力     

三江并流区树线生境小型兽类多样性多维度评价及其保护启示

三江并流区具有极高的环境异质性和丰富的生物多样性, 树线以上的高山生境是该地区的核心景观之一。本研究拟通过物种、系统发育和功能多样性对高山小型兽类多样性进行评价, 并从保护生物学的角度讨论生物多样性多维度评价的意义。2013年9月至2018年11月对三江并流区树线区域展开规范化野外调查, 收集小型兽类群落信息。从野外采集的组织样品中提取、扩增、测定线粒体CYTB基因序列, 构建小型兽类物种系统发育树。通过α多样性的不同维度以及功能冗余度评价了三江并流区树线生境小型兽类多样性。结果显示, 使用不同数据类型(出现/缺失数据和多度数据)的结果并不一致, 说明仅使用传统的丰富度指数对于描述多样性分布存在较大局限。物种和系统发育多样性在不同地点间的分布相似, 但功能多样性的分布与这两者有所差异, 从另一角度说明综合评价生物多样性的不同维度对于全面保护演化历史和生态功能的必要性。与高黎贡山、云岭相比较, 怒山山脉在5个样带尺度的多样性指数上呈现最高水平, 且具有最低的功能冗余度, 说明怒山的研究和保护力度均亟待加强。     

广西天然林中藤本植物区系组成及系统发育多样性

藤本植物是热带和亚热带森林的重要组分,在过去几十年中藤本植物多样性在热带森林增加,有可能导致森林的多样性减少,碳储量等生态系统服务功能降低,引起广泛关注。以《广西植被志要》中共355个样地数据(喀斯特森林、海拔1000 m以下的非喀斯特森林和海拔1000 m以上的非喀斯特森林)为基础,结合气候数据,分析天然林中藤本植物区系组成、不同生境藤本植物物种多样性与系统发育多样性关系、藤本植物物种多样性与年平均温度关系,以及系统发育结构特点。结果表明:(1)广西天然林藤本植物中,热带分布的含藤属占比最大(75.4%),温带分布含藤属占比较低(12.3%),世界广布含藤属和亚洲分布含藤属占比最小,海拔1000 m以下的喀斯特和非喀斯特森林都有一些专有的含藤科属;(2) 3个生境藤本的Gleason物种多样性和系统发育多样性与年均温都不相关,它们的物种多样性差异不显著,但是系统发育多样性有显著差异,海拔1000 m以下的非喀斯特森林中系统发育多样性最高,喀斯特森林系统发育多样性最低;(3)非喀斯特森林藤本植物系统发育结构趋向于离散,暗指竞争排斥作用是藤本植物组合在该生境群落主要构建机制,喀斯特森林藤本植物系统发育结构趋向于聚集,暗指藤本植物组合由生境过滤作用为主形成。这些研究发现对于热带亚热带森林藤本植物的多样性组成及其共存机制提供了新认识。     

特有植物多样性分布格局测度方法的新进展

特有植物是生物多样性保护的重要对象,对其分布格局的研究可以为生物多样性优先保护区的确定提供重要参考.研究人员利用多种测度和分析方法,在不同地理区域对特有现象的分布格局开展了大量研究.随着分子系统学方法的不断完善及一些空间统计分析方法的引入,新的生物多样性测度方法应运而生.本文介绍了生物多样性测度方法的类型及其特点、应用现状与前景.这些测度方法的发展经历了从单一的时间或空间格局到时空格局统一的过程,具体涉及物种丰富度、谱系多样性、进化特异性以及这3种测度方法整合空间分布加权的算法.其中,谱系多样性指数(phylogenetic diversity)、谱系特有性指数(phylogenetic endemism)以及空间加权的进化特异性指数(biogeographically weighted evolutionary distinctiveness)尤其值得关注.中国特有植物分布格局的研究需要在以下4个方面进一步开展工作:(1)完善特有物种的分布格局研究;(2)加强物种的测序工作,完善谱系多样性格局的分析;(3)结合系统发育信息,揭示谱系多样性及进化历史的分布格局,进而深入开展物种p多样性和谱系p多样性的研究;(4)加强物种分布区变化的模拟,在时间维度上探讨特有现象的变化格局,为生物多样性保护提供更完善的理论支持.     

北京及周边地区刺蛾科昆虫系统发育多样性研究

【目的】鳞翅目刺蛾科(Lepidoptera:Limacodidae)昆虫是重要经济、行道林木的主要害虫,本试验旨在研究北京及周边地区刺蛾科昆虫的系统发育多样性,阐明其群落结构组成与环境因子之间的关系,为北京及周边地区林木害虫防治和生态系统环境保护提供科学依据。【方法】采用灯诱法于2010-2013年间进行样品采集,基于DNA条形码技术及形态特征对9个刺蛾科昆虫群落进行物种识别和鉴定,利用R软件包进行物种丰富度指数、多样性指数和系统发育多样性指数计算及相关性分析。【结果】9个群落间物种多样性和系统发育多样性之间存在差异,北部燕山地区具有较高的物种丰富度和系统发育多样性,可能与植物类型不同有关;通过多种方法分别计算系统发育多样性,结果表明系统发育多样性指数对于系统发育树构建方法和物种内遗传差异不敏感;系统发育多样性与环境因子相关性研究结果表明,该地区刺蛾科群落系统发育多样性与温度季节变化存在显著正相关性。【结论】北京及周边地区刺蛾科昆虫群落结构具有地理差异,温度季节变化可能会造成环境异质性的增加,从而增加了群落系统发育多样性的复杂度。     

毛乌素沙地植被不同恢复阶段植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性

进入21世纪以来, 中国荒漠化恢复取得显著成效, 荒漠化、沙化土地面积持续减少, 植被覆盖度大幅提升, 但关于植被恢复过程中生物多样性如何变化的研究不足, 这制约着对荒漠化恢复成效的全面评估。本文基于群落调查和叶功能性状(叶片厚度、叶片干物质含量、比叶面积和叶片密度)的测定, 分析了毛乌素沙地不同恢复阶段(半固定沙地、固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地)的植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性特征。结果表明: (1)多数叶功能性状的系统发育信号不显著, 表明环境因子对研究区植物功能性状的塑造作用很强。(2)对于α多样性, 结皮覆盖沙地的物种多样性(Shannon-Wiener多样性, H)、物种丰富度(S)、功能丰富度(FRic)及系统发育多样性(PD)指数均显著低于其他恢复阶段, 而其他3个阶段间无显著差异; 这些指数间均显著正相关, 表明物种多样性、功能多样性和系统发育多样性在植被恢复过程中协同变化。(3) β多样性指数随恢复阶段间隔增加而逐渐增大, 表明物种组成、功能属性及系统发育关系随植被恢复持续变化, 且半固定沙地到固定沙地的群落物种组成、功能属性及系统发育关系更替最快, 导致群落间差异最大。(4)固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地群落系统发育结构均趋向于发散, 表明竞争排斥是群落构建的主要驱动力; 而半固定沙地群落系统发育结构无一致规律, 表明群落构建可能受到生境过滤和竞争排斥的综合作用。研究结果可为植被建设与管理提供参考, 为毛乌素沙地生态保育和生物多样性的保护提供科学依据。     

基于系统发育的黄土高原地区木本植物多样性及特有性格局

黄土高原地区植被类型多样, 森林、草原和荒漠在此交汇并逐渐过渡。由于水热条件限制和人类活动加剧, 该地区生态环境脆弱, 生物多样性保护面临的形势日益严峻, 因此获取该区域物种多样性的空间分布格局并阐明其影响因素成为该地区生物多样性保护的首要任务。本研究首先结合标本采集记录与环境因子, 利用物种分布模型获取了293种木本植物的潜在分布区, 分析了物种丰富度和物种加权特有性的空间格局。其次, 引入系统发育信息, 分析系统发育多样性和系统发育特有性的空间格局, 并进一步利用环境因子对上述格局分别进行解释。最后, 对黄土高原地区的特有中心性质和显著性进行分析。结果表明, 生物多样性热点地区均出现在黄土高原南部水热条件较好的地区, 即秦岭和中条山一带。本区域的生物多样性空间格局由年平均降水量和最冷月最低温主导, 符合植物区系交汇带的特点。特有中心集中在南部地区和青海省, 由南向北分别是古特有中心和混合特有中心, 不存在单独的新特有中心。黄土高原地区木本植物起源较为古老, 生物多样性格局的形成以来源于热带或亚热带的物种扩散为主, 物种的分化不占主导地位。上述结果表明了将植物的进化历史纳入生物多样性保护的重要性。     

尤溪县生物多样性保护优先地区分析

选择人类活动频繁的常绿阔叶林林区具有代表性的福建尤溪县进行了生物多样性保护的优先性分析。在多次实地调查基础上,利用野生动物野外实地样带调查数据,已有的珍稀淑危鸟,兽和植物物种的分布资料,同时结合利用地理信息系统软件ARC/INFO数字化1：10万林相图和1：5万地形图,建立了基于GIS的尤溪县生物多样性信息系统,然后根据物种多样性,珍稀濒危物种保护和生态系统保护目标,确立了保护优先性分析原则,即珍稀濒危物种尽可能包含在保护区和保护小区内,同时在优先保护区尽可能包含更多的其它物种,用最新的森林分布图及调查物种分布与生境关系,生态系统在保护物种与生态系统功能等方面的作用等,提出了生态系统的保护优先地区,将提出保护优先地区与已建保护小区和保护点分布图进行叠加分析表明,保护小区和保护点的方法是保护珍稀濒危物种的有效方法,但是需要考虑保护小区之间的联系,在对大型哺乳动物保护时需要建立面积较大的自然保护区,最后,提出了建立自然保护区规划。     

微生物的遗传多样性

微生物是生物圈中不可或缺的重要组成部分, 维系着自然界生态平衡。随着分子生物学技术的发展, 微生物遗传多样性的研究从形态学水平、蛋白水平进入到了DNA水平。而高通量测序技术和宏基因组技术的发展, 不仅为我们理解微生物的遗传多样性提供了更加丰富的信息和有力的证据, 也对于合理利用生物资源、保护生态平衡等方面具有重要意义。文章就微生物遗传多样性研究的相关内容, 如物种的分离鉴定、微生物群体遗传结构、物种形成以及系统发育和进化等方面的研究进展进行综述。     

物种多样性和系统发育多样性对阔叶红松林生产力的影响

生物多样性与生态系统功能间的关系已成为生态学研究的热点问题之一,其中植物多样性对森林生产力的驱动作用受到广泛关注,而其潜在驱动机制还存在很大争议.本研究依托黑龙江凉水国家级自然保护区典型阔叶红松林9 hm^2森林动态监测样地,利用2005年和2015年的调查数据,采用线性回归和结构方程模型探究不同空间尺度下物种多样性和系统发育多样性对森林生产力的影响.结果表明:物种多样性和系统发育多样性与生产力均呈正相关,随着空间尺度的增大,物种多样性对生产力的作用强度逐渐增强,而系统发育多样性对生产力的作用逐渐减弱;小尺度下系统发育多样性对生产力的影响大于物种多样性.生产力还受到非生物因素影响,在不同尺度下土壤因子与生产力均呈显著正相关,并且随着尺度的增大,土壤因子对生产力的作用逐渐占据主导地位.在今后研究中应将进化信息与生态系统功能相联系,可为其他多样性度量提供额外的解释力,同时还应考虑空间尺度及非生物因素的影响,为深入了解森林生产力的驱动机制提供科学依据.     

基于物种的大尺度生物多样性热点研究方法

生物多样性热点是建立保护区、制定保护决策的依据,是生物保护研究的热点问题之一。基于物种的研究方法是大尺度陆地生物多样性热点的主要研究方法,但数据的缺乏限制了直接根据物种丰富度确定热点的方法,因此研究中经常采用其他方法间接的反映物种情况,介绍了4种主要的基于物种的替代方法:指示种、高级分类单元、环境模型和景观异质性,详细阐述了各种方法存在的利弊,并从数据的可获取性、操作的便捷性和对物种特征的反映3个方面对各种方法进行了评价。任何单一的方法都无法准确反映出生物多样性热点的真实分布。合适的研究方法是权衡研究目的、时间和资金的结果,建议选择优势互补的多种方法。     

欧亚大陆东部毛茛科植物多样性格局及主导因子

毛茛科是真双子叶植物的基部类群之一, 包含多种药用植物, 具有较高的保护价值, 但关于毛茛科物种多样性和谱系多样性大尺度格局及其影响因子的研究还比较匮乏, 特别是以较高分辨率分布数据为基础的物种多样性格局研究尚未见报道。本文旨在: (1)建立欧亚大陆东部毛茛科植物分布数据库, 估算不同生活型物种多样性和谱系多样性格局, 并探究格局的形成机制。(2)分析毛茛科物种多样性和谱系多样性的相关关系, 确定多样性热点地区, 为毛茛科保护规划提供依据。根据中国、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦、蒙古和俄罗斯等国家的区域和地方植物志, 建立了“欧亚大陆东部地区毛茛科物种分布数据库”。该数据库包含了欧亚大陆东部地区1,688种毛茛科物种的分布数据, 空间分辨率为100 km × 100 km。在此基础上, 估算了毛茛科全部及不同生活型的物种多样性和谱系多样性格局, 并利用广义线性模型和等级方差分离方法分析了毛茛科物种和谱系多样性格局与环境因子的关系。最后比较了物种多样性和谱系多样性的相关关系, 确定了毛茛科的古热点地区。结果显示: (1)欧亚大陆东部毛茛科植物物种和谱系多样性均呈明显的纬度格局, 且在山区具有较高的多样性。(2)毛茛科植物物种和谱系多样性受现代气候、地形异质性和末次冰期以来的气候变化的共同影响, 但不同影响因子的相对贡献率在物种和谱系多样性及不同生活型之间差异显著。(3)中高纬度地区的谱系多样性高于给定物种数的预期, 是毛茛科的古热点地区, 在毛茛科保护规划中应受到重视。     

DNA条形码及其在生物多样性研究中的应用

DNA条形码是利用生物体内标准的、有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA片段对物种进行快速准确鉴定的技术。自2003年DNA条形码相关概念提出以来广受关注,国内外相继开展了DNA条形码及信息系统建设研究,为DNA条形码技术的发展提供了坚实的研究基础和生物信息学分析平台。DNA条形码技术弥补了传统分类学的不足,为生物多样性研究提供了新的思路和方法。本文介绍了DNA条形码的产生与发展过程,国内外DNA条形码技术与信息系统建设研究进展,重点阐述了DNA条形码技术在物种鉴定、濒危物种保护、隐存种发现、生物多样性评估等研究领域中的应用。最后结合DNA条形码技术目前存在的问题,对其在相关研究领域的应用前景进行了展望。     

极小种群植物水松群落系统发育多样性分析

极小种群植物水松（Glyptostrobus pensilis（Staunton ex D.Don）K.Koch）是著名的孑遗植物,被列为我国Ⅰ级重点保护和极小种群野生植物,在IUCN红色名录中被评估为"极危"等级,且种群数量仍在继续减少。水松主要分布于我国华南和东南地区以及越南和老挝。本研究对我国42个水松种群周边植被、种群健康状况、群落干扰类型、外来植物入侵状况等进行了调查,采用系统发育多样性相关指数对该物种所在群落进行了研究。结果显示,系统发育多样性指数对水松种群状况具有一定的指示性,人为干扰对所在群落的影响越严重,种群的健康状况愈差;具有较高系统发育多样性水平（PD值）的群落内水松种群状况良好;入侵物种的存在会使群落系统发育结构聚集,系统发育多样性水平降低。因此,在对水松种群进行保护时,要尽量减少群落中人为恶性干扰因素和外来植物的入侵威胁,以增强水松种群和个体的健康水平,维持群落系统发育的多样性,从而提高水松种群抵抗力和恢复力的稳定性。     

Metabarcoding技术在真菌多样性研究中的应用

由于受到气候变化、土地利用变化及环境污染等诸多因素的干扰, 真菌多样性受到不容忽视的威胁, 亟需得到保护。构建物种数据库是实现真菌多样性研究和保护的重要前提。近年来兴起的DNA条形码及metabarcoding技术能够在很大程度上弥补传统鉴定方法的缺陷, 可对真菌物种进行大规模、准确、快速、高效地鉴定。本文梳理了metabarcoding技术在真菌物种多样性评估、真菌多样性影响机制和真菌古生态重建等研究中的应用, 同时强调了metabarcoding技术用于真菌多样性研究尚处于初期阶段, 在构建有效参照数据库、优化实验流程以及升级生物信息学工具等方面仍需要进一步的完善。建议加强真菌分类学家、生态学家以及计算机工具研发工程师之间的合作, 共同解决metabarcoding技术在真菌多样性研究及应用中面临的问题, 为宏观尺度上真菌多样性保护提供更加科学的依据。