丛枝菌根真菌多样性对植物群落构建和稀有种维持的研究进展

丛枝菌根(AM)是植物与微生物联系中最为古老的共生体,全球范围内约80%的陆生植物与AM真菌共生形成丛枝菌根。这一共生关系在气候稳定和土壤磷贫瘠的热带、亚热带森林中更为普遍。以往的研究表明AM真菌通过提高植物对磷的吸收促进植物生长和定植,即产生植物-土壤正反馈。植物-土壤正反馈可降低由土壤病原菌引起的植物-土壤负反馈,进而降低植物-土壤负反馈维持植物多样性的能力,这与热带、亚热带森林中极高的植物多样性以及占比惊人的稀有种相悖。随着对热带、亚热带森林中AM真菌多样性研究的不断深入,越来越多的研究发现AM真菌多样性在不同的生境条件下以及不同的宿主植物间存在较大差异,这些差异可引起植物适合度的不同,进而影响植物群落构建。该文整合了AM真菌在宿主植物群落构建、宿主植物共存及稀有种维持等方面的研究进展,以期为验证“稀有种优势”假说提出新的研究思路,进而更有效地保护稀有植物。     

次生常绿阔叶林的群落结构与物种组成:基于浙江乌岩岭9 ha森林动态样地

常绿阔叶林是我国亚热带地区的地带性植被, 但由于长期的人为干扰, 目前仅有少量分布且主要以次生常绿阔叶林的形式存在。因此, 了解次生常绿阔叶林的物种共存机制对于保护森林生物多样性非常重要。基于大型动态监测样地对森林的物种组成及群落结构进行研究, 是揭示生物多样性维持机制的重要手段。按照美国史密森研究院热带森林科学研究中心(Center for Tropical Forest Science, CTFS)大型森林动态样地建设标准, 于2011-2012年在浙江省乌岩岭国家级自然保护区内建立了1个9 ha森林动态监测样地。通过对样地内胸径≥ 1 cm木本植物的物种组成(如重要值)、群落结构(如区系组成和径级结构等)以及空间分布的分析发现: (1)样地有木本植物存活个体47科92属200种71,396株, 其中壳斗科、樟科、山茶科、冬青科、杜鹃花科和山矾科等占优势; (2)在区系组成上, 热带成分略多于温带成分; (3)群落径级结构接近倒“J”型, 表明群落更新良好, 其中优势种径级结构呈倒“J”型、偏常态型和波动型等各种形态, 且并未表现出种群衰退的趋势; (4)优势种表现出明显的生境偏好和聚集分布格局, 暗示生境异质性可能是影响亚热带次生常绿阔叶林物种空间分布的重要因素。     

中国植物细根碳、氮、磷化学计量学的空间变化及其影响因子

为了研究中国陆地植物细根碳(C)、氮(N)、磷(P)的空间变化模式, 揭示细根在“温度-植物生理假说”及“生长速率假说”等方面的规律, 该文收集已发表的有关中国陆地植物细根研究的文献, 从中提取细根C、N、P元素含量及其相关数据, 分析了细根C、N、P含量及其比例与经纬度之间的关系。结果表明: 细根N、P元素含量均随纬度增加而增加, P含量随经度增加而降低, N:P随经度增加而增加。细根N、P含量与年平均气温、年降水量均呈负相关关系, 与土壤养分呈正相关关系。在土壤养分、温度、降水量3个非生物因素中, 土壤养分对细根N、P含量的影响最大。该文中细根和粗根的C:P、N:P差异变化不完全支持“生长速率假说”。根系和叶片一样, N、P含量与纬度呈正相关关系, 支持“温度-植物生理假说”, 反映了植物对自然环境的适应策略。     

大气CO2浓度和气温升高对麦田节肢动物群落的影响

为了预测气候变化对麦田节肢动物群落多样性的影响, 本研究在麦田开放环境中设置4种处理, 分别是高温(高于当时气温2℃和当前CO₂浓度)、高CO₂浓度(500 μL/L和当时气温)、高温+高CO₂浓度和对照(当前CO₂浓度和气温)等, 采用定期随机抽样方法调查节肢动物群落的多样性, 用经典的多样性指数对整体节肢动物群落以及不同食性节肢动物群落多样性进行分析。共采到节肢动物3纲10目42科52种。仅“高温”和“高温+高CO₂”处理显著增大节肢动物群落的均匀度, 其余处理均无显著影响。“高温+高CO₂”处理的影响随小麦生长发育期不同而略有差异, 在苗期可增大Shannon-Wiener多样性指数, 而在后期使该指数减小; “高温+高CO₂”与“高温”处理的群落多样性较为相似。对不同食性节肢动物群落的分析表明, 与对照相比, 植食性昆虫群落在“高CO₂”下丰富度显著增大; 寄生性昆虫群落的多度在“高温”下显著增大; 腐食性等节肢动物群落的多度在“高CO₂+高温”和“高温”处理下有所增大、均匀度在“高温”下略降低, 但均未达统计上的显著水平; 捕食性节肢动物群落不受影响。本研究说明, CO₂浓度和气温升高不同程度地影响麦田节肢动物群落的物种多样性, 两类因素同时升高与各自单独升高的影响不完全一致。     

病原菌负反馈作用促进物种共存的研究进展

植物病原菌包括真菌、细菌、病毒等,广泛存在于自然界中,可以引起各种植物病害。病原菌对植物的负反馈作用,即植物个体附近的土壤病原菌,可能反过来侵害其自身或同种个体,致死或影响生长植物的现象。植物病原菌对群落中优势种的更新有强烈的抑制作用,从而促进物种的共存。植物病原菌的负反馈作用在植物种群动态和群落演替中起着重要的调控作用。     

·荒漠草地植物多样性对草食动物采食的响应机制

草食动物采食对草地植物多样性和生态系统功能的影响机制是放牧生态学研究的核心问题。该研究以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗荒漠草原的长期放牧控制实验为平台, 从既有草地植物多样性和动物偏食性两个层面系统地研究了荒漠草地植物多样性对草食动物采食的响应机制。结果显示: 1)荒漠草地植物对草食动物采食呈现4种响应模式: 放牧“隐没种”、放牧“敏感种”、放牧“无感种”、“绝对优势种”; 2)在群落尺度上, 物种多样性指数随放牧强度增加而减少, 与不放牧小区相比, 重度放牧(HG)与适度放牧(MG)小区植物多样性均下降, 且这一规律同样适用于功能群多样性, 灌木半灌木这一功能群内物种多样性对放牧干扰较敏感; 3)在草地既有植物的基础上, 以不放牧小区为参考系, 草食动物对植物功能群偏食性的排序为: 一二年生草本(AB) >多年生杂类草(PF) >灌木半灌木(SS) >多年生禾草(PG), 且偏食性物种主要分布于AB和PF中; 4)植物多样性与动物偏食性基本呈显著负相关关系(p < 0.05)。     

我国植物种级水平分类学研究刍议

对洪德元先生最近在《生物多样性》(2016年第24卷第3期)发表的《关于提高物种划分合理性的意见》一文中的部分观点进行了进一步阐述。强调我国植物确实还存在大量种级水平的分类学问题有待解决, 我国植物分类学研究在一些重要发展阶段(如系统阶段和物种生物学阶段)上存在明显缺失, 需要弥补。指出分类学发展到今天, 不宜再强调“经典分类学”和“实验分类学”之分, 应采用多学科手段解决分类学问题; 我国应加强植物分类专著水平的研究工作, 注意培养年轻一辈植物分类学专著工作者; 在分类处理中应用居群概念和统计学方法时应特别谨慎; 在系统植物学中接受物种概念的多元性是必要的, 但要向达到广义的生物学种概念努力, 不宜以有所谓的“归并派”和“细分派”之分为借口而完全主观地划分物种。     

不同衰退等级蒙古沙冬青根内真菌多样性与群落结构

本研究根据沙冬青现有的生长状况,将内蒙古西鄂尔多斯保护区珍稀濒危植物蒙古沙冬青群落分为轻度衰退、中度衰退和重度衰退3个衰退等级,并选取一个未衰退的沙冬青群落作为对照,应用Illumina Hiseq测序平台,对这4个沙冬青群落的植株根内真菌进行高通量测序分析。测序共获得215个真菌的OTU,不同衰退等级沙冬青根内真菌群落结构在门、科、属水平上都有显著差异。Top 10属中的Agaricus、Tomentella、Tricholoma、Fusarium、Inocybe以及Tuber这6个属真菌在所有衰退等级的沙冬青都有分布。不同衰退等级的沙冬青根内都有腐生或寄生真菌和“共生”真菌分布,不同衰退等级两类群的真菌占比不同且呈现出动态变化,随着衰退等级的增加沙冬青根内腐生真菌或寄生真菌与“共生”真菌比例显著增高。土壤有机质与土壤容重具有协同作用,且对Agaricus、Inocybe、Fusarium、Penicillium、Amphinema具有正相关影响,对Tricholoma、Tomentella、Tuber具有负相关影响。     

广西大青山次生林的群落特征及主要乔木种群的空间分布格局

本文依托广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站在大青山设置的1 ha长期监测样地, 分析了森林群落的物种组成、区系特征及乔木种群的径级结构, 并用点格局分析方法的O-ring统计对主要乔木植物种群的空间分布格局及其空间关联性进行了研究, 旨在深入探讨该区域次生林的物种多样性特点及其维持机制, 分析影响优势树种空间分布格局的可能因素。大青山次生林共调查到植物109种, 其中乔木58种、灌木29种、草本22种, 樟科为样地内物种最丰富的科, 区系组成以泛热带成分为主; 乔木树种的径级结构接近倒“J”形, 主要种群的个体集中分布于中小径级范围(1-5 cm), 林分结构合理, 更新良好。从物种多度、胸高断面积和重要值来看, 大叶栎(Quercus griffithii)和锈毛梭子果(Eberhardtia aurata)是群落中的共优种, 其个体数占总个体数的30.8%, 鸭公树(Neolitsea chuii)、广东琼楠(Beilschmiedia fordii)和尖连蕊茶(Camellia cuspidata)为群落的主要伴生树种。用完全随机模型不排除生境异质性的条件下, 主要种群多数呈聚集分布; 用异质性随机模型排除生境异质性的条件下, 主要种群的聚集程度显著下降, 仅在小尺度上呈聚集分布; 主要树种均在一定尺度上表现为两两间正相关, 且在0-50 m的大部分尺度上显示出相互独立的特点, 没有表现出负相关。     

多倍体植物混合倍性种群的建立机制研究进展

基因组多倍化是物种形成和进化的重要驱动力, 几乎所有植物都经历过至少一次基因组加倍。然而, 由于多倍体植株比二倍体表现出更高的死亡率, 多倍化机制被认为是植物进化的“死胡同”。一些植物物种具有自然混合倍性种群, 即同一物种具有不同倍性, 这为揭示多倍体的进化机制提供了最佳途径。本文从基因组加倍形成多倍体植物开始, 综述了混合倍性种群的形成、建立与维持的研究进展, 探讨了多倍体适应自然环境的种群分化而形成多倍体物种的机制。研究自然混合倍性种群的倍性组成、重复基因的功能分化以及多倍体的生态位分化, 有利于明确混合倍性自然种群的生态适应与维持机理, 以及多倍体植物的进化机制。     

生物多样性理论最新进展

生物多样性是生态系统复杂性的重要特征, 理解多样性的形成和维持机制一直是理论生态学研究的核心议题。本文从三方面概述了生物多样性理论的最新进展。一是物种共存和群落构建, 总结了现代共存理论和基于过程的群落构建理论的新进展。二是物种相互作用, 综述了利用经验数据推断物种相互作用关系和强度的最新方法。三是生态-进化动态, 介绍了生态-进化模型的一般框架及其在生物多样性研究中的应用。最后对生物多样性理论的发展趋势做了展望, 特别是多尺度整合理论和全球变化下的预测理论。     

生物间非传递性竞争研究进展

生物间的竞争关系是决定群落中物种共存和生物多样性的关键因素。传统研究主要关注物种两两之间的竞争作用, 而对多物种相互竞争形成的网络研究相对较少。近年来, 类似于“石头-剪刀-布”游戏的非传递性竞争被认为是一种重要的物种共存和生物多样性的维持机制, 越来越受到生态学家们的关注。本文首先回顾了非传递性竞争定义的发展过程, 并介绍了非传递环的不同结构。其次介绍了基于竞争结局矩阵以及入侵增长率的非传递性竞争度量指标, 并对比不同指标的特点与适用情形。随后通过多个研究实例介绍了非传递性竞争在自然群落中的普遍性, 并指明物种之间的权衡是非传递性竞争产生的生物学机制。最后介绍了非传递性竞争对生物多样性与生态系统功能的影响。非传递性竞争本质上是物种两两之间相互作用的组合, 是只包含单一作用类型的特殊网络结构。因此, 非传递性竞争如何影响生物多样性-生态系统功能关系和群落稳定性, 如何受到环境与高阶相互作用的影响, 以及如何将竞争网络拓展到包含不同相互作用类型的生态网络, 将是未来非传递性竞争研究的重要方向。对非传递性竞争的研究有助于整合生物间的各种相互作用, 构建更加现实合理的生态网络, 并加深对物种共存和生物多样性维持机制的认识, 进而有助于指导生物多样性的保护和恢复工作。     

世界上已知维管植物有多少种? 基于多个全球植物数据库的整合

维管植物是地球上生物多样性的重要组成部分, 拥有超过200年的研究历史。然而, 世界上有多少种维管植物, 其中有多少种已被发现和描述等问题迄今仍未很好回答。本文整合分析了全球4个主要植物数据库, 以期回答全球已发现和描述了多少物种的问题。结果表明, 全球已发现和描述的维管植物有376,366种(包括自然杂交种)。排除自然杂交种后, 全球共包含369,054种维管植物, 其中广义蕨类植物13,810种, 裸子植物1,172种, 被子植物354,072种。我们的结果比已有的4个数据库中的任何一个的物种数都至少要多17,700种。     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

湖北五峰后河国家级自然保护区鸟类多样性

为了解湖北五峰后河国家级自然保护区(以下简称后河保护区)鸟类物种多样性及其区系组成的变化, 我们通过样线、红外相机调查和检索文献资料相结合的方法获得了后河保护区鸟类名录, 并将其与后河保护区1999年科学考察结果进行对比分析。本研究于2017-2019年共在后河保护区内设置了82 km的鸟类调查样线, 共在309个位点上放置了红外相机, 累计99,586个相机日。我们用“后河” “鸟类” “湖北省”等关键词搜索相关出版物, 并查阅中国观鸟记录中心经审核后发布的鸟类信息, 结合样线和红外相机调查结果形成后河保护区鸟类名录。共整理得到后河保护区鸟类255种, 隶属于16目55科。其中, 国家I级重点保护野生鸟类2种, 包括中华秋沙鸭(Mergus squamatus)和金雕(Aquila chrysaetos); 国家II级重点保护野生鸟类46种, 包括红腹角雉(Tragopan temminckii)、棉凫(Nettapus coromandelianus)、松雀鹰(Accipiter virgatus)、灰林鸮(Strix aluco)、蓝鹀(Emberiza siemsseni)等。此外, 后河保护区有11种中国特有鸟类, 占我国特有鸟类种数(n = 93)的11.83%。在区系成分上, 后河保护区鸟类以东洋种为主(151种, 占59.22%), 其次为广布种(55种, 占21.57%)。与1999年科学考察结果相比, 鸟类增加了116种, 其中有15种国家重点保护野生鸟类。在区系组成上, 后河保护区内东洋种占比增加, 包括分布区向北扩散的物种成分。此外, 本次调查未记录到20世纪在保护区内有分布的白冠长尾雉(Syrmaticus reevesii)和海南鳽(Gorsachius magnificus)。本研究表明, 后河保护区鸟类物种多样性高、特有种及珍稀濒危物种丰富, 具有极高的保护价值和意义。通过对比分析后河保护区内野生鸟类动态变化, 可为保护区生物多样性监测方案设计和保护对策的制定提供科学依据。     

物种多样性与植物群落的维持机制

物种多样性的形成与维持是生物多样性研究中的核心问题之一,形成了许多假说。剖析了群落物种多样性维持具有增加、减少和稳定共存三方面内容,着重阐明物种稳定共存的内因是物种的生物学与生态学特性差异,外因是生境具有小尺度的差异;群落生境异质性是其物种多样性维持的基础,并影响着群落的组织过程;群落的斑块镶嵌结构源于林隙形成的生境异质性,导致了物种多样性;群落斑块镶嵌结构是群落的基本属性,使群落的结构和功能得以长期维持等论点。最后,还以鼎湖山季风常绿阔叶林为例,对群落斑块镶嵌结构的形成及其对物种多样性维持和群落生产力构成与维持等方面的意义予以说明。     

Scale-dependent spatial patterns of species diversity in the tropical montane rain forest in Jianfengling,Hainan Island,China

Aims Spatial distribution patterns and formation mechanisms of species diversity are fundamental issues in community ecology. The objectives of this study are to assess the species diversity patterns at the different spatial scales in Jianfengling, Hainan Island, China.
Methods Based on the dataset from the 60 hm² plot in the tropical montane rain forest in Jianfengling, Hainan Island, the spatial distribution patterns of species richness, species abundance, Shannon-Wiener, Simpson and Pielou’s evenness indices were analyzed at six spatial scales, including 5 m × 5 m, 10 m × 10 m, 20 m × 20 m, 40 m × 40 m, 100 m × 100 m, and 200 m × 200 m, respectively.Important findings
Results showed that spatial distribution patterns of species richness, species abundance and Shannon-Wiener index were much more obviously changed with the spatial scales than Simpson and Pielou’s evenness indices. Change of variance of the species richness with the increase of spatial scales was unimodal, which had the maximum value at the 20 m × 20 m scale. Variance of the species abundance showed a linear relationship with the increase of spatial scales. The positive relationship between species richness and abundance gradually decreased and even disappeared with the increase of sampling scales, which may be correlated with the increase of habitat heterogeneity. The effects of spatial scales on Shannon-Wiener, Simpson, and Pielou’s evenness indices may be also correlated with the composition of rare species in the plot.     

甘南亚高寒草甸稀有种对物种多样性和物种多度分布格局的贡献

稀有种不仅影响群落的物种多度分布格局, 同时也是α多样性的重要贡献者。本研究主要通过加性分配和Fortran软件的RAD程序包拟合的方法, 研究了甘南亚高寒草甸不同坡向物种多样性及多度分布格局的变化, 分析了物种多度分布格局及其α多样性的变化特征, 确定了稀有种在物种多度分布格局中的相对贡献。结果表明: (1)在南坡到北坡的变化中, 环境因子差异比较明显, 其中, 土壤全磷、有机碳、速效磷、碳氮比及含水量呈递增趋势; 土壤氮磷比和pH值呈递减趋势; 土壤全氮在西坡显著低于其他坡向, 而速效氮在所有坡向上差异不显著。(2)稀有种对群落物种多样性的影响在南-北坡向梯度上依次增大, 去除稀有种的影响在各坡向均高于去除非稀有种, 可见, 稀有种在甘南亚高寒草甸物种多样性中的相对贡献高于非稀有种。(3)各坡向的稀有种资源获取模式以随机分配占领模式(random fraction模型)为主, 而非稀有种则以生态位优先占领模式(geometric series模型)为主。由于稀有种有较大的扩散率, 在物种多样性较高的生态系统中, 物种之间的生态位重叠会更加明显, 从而抑制物种多样性的增加, 因此能达到维持原有物种多样性的目的。     

Episodic Selection and the Maintenance of Competence and Natural Transformation in Bacillus subtilis

We present a new hypothesis for the selective pressures responsible for maintaining natural competence and transformation. Our hypothesis is based in part on the observation that in Bacillus subtilis, where transformation is widespread, competence is associated with periods of nongrowth in otherwise growing populations. As postulated for the phenomenon of persistence, the short-term fitness cost associated with the production of transiently nongrowing bacteria can be compensated for and the capacity to produce these competent cells can be favored due to episodes where the population encounters conditions that kill dividing bacteria. With the aid of a mathematical model, we demonstrate that under realistic conditions this “episodic selection” for transiently nongrowing (persisting) bacteria can maintain competence for the uptake and expression of exogenous DNA transformation. We also show that these conditions for maintaining competence are dramatically augmented even by rare episodes where selection favors transformants. Using experimental populations of B. subtilis and antibiotic-mediated episodic selection, we test and provide support for the validity of the assumptions behind this model and the predictions generated from our analysis of its properties. We discuss the potential generality of episodic selection for the maintenance of competence in other naturally transforming species of bacteria and critically evaluate other hypotheses for the maintenance (and evolution) of competence and their relationship to this hypothesis.     

亚热带森林树种多样性对凋落叶分解胞外酶活性的影响

森林生物多样性与生态系统功能关系是当前群落生态学的热点研究领域。然而, 以往研究更多聚焦在森林植物多样性丧失对群落生产力的影响, 而对森林凋落物分解的相关研究稍显不足。森林凋落叶分解的快慢直接受控于凋落物分解者分泌的胞外酶的活性, 后者更是指示森林生态系统养分循环的重要指标之一。本研究依托我国江西亚热带森林生物多样性与生态系统功能控制实验, 通过对不同植物多样性梯度样方内目标树种凋落叶胞外酶活性、理化性质以及腐生真菌的分析, 探索树种多样性丧失对胞外酶活性的影响及其调控机制, 以探讨森林树种多样性对地表、地下生态过程和功能的影响。结果表明, 样方水平树种多样性丧失显著影响胞外酶的活性, 除单种样方外, 随着样方水平树种丰富度的增加, 胞外酶活性呈现出增长趋势; 与碳周转相关的α-葡萄糖苷酶(AG)、β-葡萄糖苷酶(BG)、纤维二糖水解酶(CB)在树种多样性最大时活性达到最高; 而木糖苷酶(XS)以及与氮、磷和顽拗有机养分分解相关的N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)和多酚氧化酶(PPO)在树种多样性较低时活性较高。针对目标树种周围的邻居树种多样性进一步分析发现, 各胞外酶活性随着邻居树种多样性的变化呈“单峰”响应趋势, 酶活性大多在邻居树种丰富度为6时呈现峰值。研究发现真菌分解者在胞外酶活性对植物多样性的响应上可能存在重要的调控作用, 可以推测树种多样性通过改变腐生真菌分解者的群落结构和多度, 从而影响胞外酶活性。