植物的冗余及其生态学意义 Ⅰ.大型水生植物生长冗余研究

通过水生群落中常见优势种凤眼莲（Eichhornia crassipes)根系的去除实验证明了生长冗余的存在,并在此基础上对大型水生植物的竞争力、“浮游生物的悖论”及水生群落稳定性的产生与维持作了新的阐述,根系去除实验表明：群体中凤眼莲植株的根系生长冗余较单株生长时为多;这些冗余根系的去除不会对整个植株的生长发育产生明显影响;群体中植株根系冗余能够加强植株的竞争能力,生长冗余以及建立在生长冗余基础上的更高层次的冗余结构与生物多样性具有一定的相关性,也是生物进化中自然选择的真正对象,据此提出了“进化在生物多样化的基础上进行”的新看法。     

功能多样性和功能冗余对高寒草甸群落稳定性的影响

功能多样性和功能冗余是影响群落稳定性的重要因素,但它们对稳定性影响的相对强弱尚有争论。通过在青藏高原高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期6a的刈割(不刈割、留茬3cm、留茬1cm)和施肥(施肥、不施肥)控制实验对此进行了探讨。研究结果显示,群落稳定性随着功能多样性和功能冗余的增大而单调增加,但由于功能多样性的变异性大于功能冗余的变异性,功能多样性与物种多样性间的相关性强于功能冗余与物种多样性间的相关性,功能多样性与群落稳定性间的相关性也强于功能冗余与群落稳定性间的相关性,因此,尽管功能冗余产生的保险效应对维持群落稳定性具有促进作用,但功能多样性的互补效应对维持群落稳定性的作用更大。结果表明,功能多样性和功能冗余对群落稳定性的相对影响与其变化程度正相关,功能多样性与群落稳定性的变化具有更紧密的联系,能更好地预测生态系统稳定性的变化。研究为草原生态系统的可持续管理提供了重要启示。     

干旱灌区冬小麦根系的生长冗余

采用管栽试验通过人为去除根系的方法对甘肃河西绿洲灌区2个冬小麦品种根系的形态特征及根系与地上部分的关系进行了研究。结果表明:去除根系的冬小麦的前期生长受到一定程度的限制,与对照相比,其根冠比及其它根系指标均有所下降,且根系去除程度越大降低幅度越大;生长后期小麦根系出现了超补偿效应;成熟期,去除1/4根系和去除1/2根系处理的冬小麦无论是主茎还是分蘖的穗长、穗质量、穗粒数、粒质量等均比对照增加;但前者主茎各项指标的增幅较大,而后者分蘖的各项指标增幅较大。初步确定冬小麦在充分灌溉条件下至少有1/4的根系是冗余的。     

冗余概念的界定与冗余产生的生态学机制

冗余是指这样的生命实体,由于其存在,导致生物个体、种群、群落乃至生态系统水平上的对人类有益的功能输出降低,通过管理措施或育种手段剔除这部分‘冗余’实体,个体、种群、群落乃至生态系统水平上对人类有益的功能就会得到加强,我们把这样的生命实体叫做冗余。或者简单地说,冗余是指对目标产量输出构成影响的各种水平的生物有机体过多或过于庞大的部分。冗余的产生过程是整个生命有机体的总体功能扩展过程,冗余的产生和存在,有助于增强有机体的稳定性,提高其适应自然环境波动的能力。根据其影响的水平,冗余可发生在个体、种群及群落等水平上。植物在个体及群体水平上的补偿及超补偿可以通过剔除各生命系统中不同水平上的冗余实现,即剔除冗余有助于目标物种或目标器官产量的提高,并且这种提高是以对波动环境适应能力和抗扰动能力的降低为代价的。     

不同水盐梯度下功能多样性和功能冗余对荒漠植物群落稳定性的影响

功能多样性和功能冗余是物种多样性的两个组成部分,也是影响群落稳定性的两个重要因素。基于不同水盐梯度下植物功能多样性、功能冗余、物种多样性和群落稳定性及其相关关系的计算结果,分析功能多样性和功能冗余对群落稳定性的影响,结果表明:(1)功能多样性、物种多样性和群落稳定性均表现为高水高盐和中水中盐群落显著高于低水低盐群落(P0.05);(2)高水高盐群落,功能多样性与物种多样性的相关系数小于功能冗余与物种多样性的相关系数,且功能多样性与稳定性的相关系数也小于功能冗余与稳定性的相关系数,而中水中盐和低水低盐群落的相关系数则呈现相反的规律;(3)中水中盐和低水低盐群落的功能多样性的标准化偏回归系数均大于功能冗余的标准化偏回归系数;(4)典范对应分析中,土壤含水量可以解释总特征根的22.7%,而土壤含盐量仅可以解释总特征根的1.3%;(5)高水高盐群落的稳定比最接近20/80,稳定性最高;低水低盐群落远离20/80,稳定性最低。改进后的Godron稳定性测定方法与物种种群密度变异系数方法得出的结果相同。综上可知,功能多样性和功能冗余两者中与物种多样性关系更为密切者对群落稳定性的影响也越大,且两者均可提高群落稳定性,也就证明冗余假说在温带干旱荒漠区域的隐域性植物群落中是成立的;群落稳定性、功能多样性、功能冗余及物种多样性主要是受土壤含水量的影响,土壤含盐量对其影响较小。     

半干旱区作物根系生长冗余的生态学分析

干旱是威胁农业生产的一个常见因子。在水分有限条件下,植物往往产生庞大的根系;这是自然选择的必然结果,是一个进化上稳定的生长对策（ＥＳＳ）。但作物产量是一个种群水平上的属性;个体的ＥＳＳ并不能优化整个群体的产量。我们提出在半干旱雨养农业地区作物受自然选择的影响在根系生长上往往失之于过快或过大,出现了“冗余”。通过育种或管理措施降低根系生长冗余可提高作物产量。     

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。     

高产玉米叶片冗余及其对产量和光合特性的影响

为探明高产玉米群体是否存在叶片冗余现象,根据2007年15000株·hm^-2密度下的产量结果,筛选出低密度条件下的冗余类型(超试1号)和非冗余类型(超试3号),2008年将两品种在各自最适密度的高产条件下进行开花期整株剪叶1/2（T₁）和1/4（T₂）处理,以其地上部干物质积累量和籽粒产量的变化来证实叶片冗余现象的存在;以Richards模型拟合籽粒灌浆过程;以穗位叶光合特征参数和叶绿素荧光参数来评价去除冗余叶片后光合生理特性的变化.结果表明：不同冗余类型的两个玉米品种,在最适密度的高产条件下都存在叶片冗余现象;适当去除玉米群体冗余叶片可以延长植株活跃灌浆时间,有利于获得较高籽粒产量;去除冗余叶片提高了玉米穗位叶净光合速率和光能利用效率.     

上海市凤眼莲种群的时空分布及控制对策

凤眼莲是上海市水体中危害最严重的入侵种之一.本研究调查了上海市及所辖各区县凤眼莲种群的分布现状,结果表明,凤眼莲在各区县水体中分布不均,以与江、浙两省相接的区县危害最严重.河道内其它水生植物的分布是凤眼莲固着生长的主要机制,这些植物主要为：喜旱莲子草、菰、芦苇、牛筋草、千金子等.凤眼莲的种群爆发规律：每年3～5月为萌芽阶段,7月下旬为爆发起始时期,8月中下旬至12月上旬为爆发的高峰期,12月下旬开始枯萎死亡,但其腋芽能够存活越冬,是来年爆发的种源.上游漂移而来的凤眼莲是种群爆发的另一因素.有鉴于此,提出其控制措施：①最佳打捞季节为12月～翌年6月,以去除种源为目标;②加强与周边省份的协调合作;③开展生物防治的研究;④清理河道内及堤岸上的水生杂草.以上措施的综合施用是控制上海市凤眼莲的有力保障.     

西凉湖水生植物多样性研究

研究了江汉湖群西凉湖水生植物多样性的现状及其变化 ,讨论了西凉湖水生植物多样性丧失的原因和保护的途径。主要结果是 :( 1 )西凉湖现有水生植物 3 2科 5 6属 77种 ,优势种类为微齿眼子菜、密齿苦草、轮叶黑藻、菹草、野菱、双角菱、金鱼藻、凤眼莲和菰等。 ( 2 )西凉湖现有水生植物群落类型 1 3个 ,全湖水生植被覆盖率约为 61 %,平均生物量为 1 4 70 .5 g/m2 。 ( 3 )物种多样性指数最高的群落是“凤眼莲 +野菱 +双角菱群丛”(D =0 .8499,H =2 .975 8) ,其次为“菰—凤眼莲群丛”与“野菱 +双角菱群丛”(D =0 .840 1 ,H =2 .82 35 ;D =0 .83 2 4,H =2 .888) ,以微齿眼子菜群丛的多样性指数最低 (D =0 .2 2 81 ,H =0 .782 3 )。 ( 4 )二十年来 ,西凉湖水生植物多样性严重丧失 :植被覆盖率和全湖平均单位面积生物量分别下降了 3 8.80 %与 77.87%,先后有 8种水生植物 (水葱、荸荠、莲子草、乌菱、细果野菱、萍蓬草、睡莲、小眼子菜 )和 4个水生植物群落类型(荇菜群落、乌菱群落、马来眼子菜群落、穗花狐尾藻群落 )从西凉湖消失。 ( 5 )多样性丧失的原因是围网养殖、过度收获水草、耙捞蚌类螺类等人为干扰     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism