青藏高原特有植物露蕊乌头 (毛茛科) 从冰期避难所扩张后繁殖资源分配的变化

物种分布范围的形成是进化生态学研究的基本问题之一,但植物的资源分配策略是否与物种边界形成有关一直没有相关研究。青藏高原特有植物露蕊乌头在末次最大冰期时有4个避难所,但冰期后只有一个避难所的种群发生了扩张并最终形成了现代分布格局。以露蕊乌头的避难所种群（同仁种群）和扩张后邻近分布区边缘的两个种群（兴海种群和海北种群）为研究对象,通过比较避难所种群和边缘种群的资源分配方式,探讨露蕊乌头的资源分配与该植物分布区及边界形成的关系。结果发现：1）兴海和海北种群的营养结构（包括根、植株高度和茎叶生物量）均显著低于同仁种群,海北种群的繁殖结构（花数量和花生物量）显著低于同仁和兴海种群,但海北和兴海的繁殖分配均显著高于同仁种群;2）3个种群的繁殖资源与个体大小呈现显著的正相关关系,投入到繁殖资源的比例（繁殖分配）与个体大小呈显著的负相关关系。对露蕊乌头的研究结果一方面进一步证明了个体大小依赖的繁殖分配,但不符合“植物开始繁殖必须达到一定的大小（阈值）”这一结论,这可能与露蕊乌头的生活史特征有关;而另一方面,露蕊乌头在扩张过程中逐渐增加了对繁殖资源投资的比例,说明胁迫生境中有性繁殖对该植物具有更为重要的意义,且露蕊乌头在扩张过程中可能逐渐实现繁殖产出最大化,并可能在边缘种群实现最优繁殖分配进而最终形成该物种分布区的边界,但这一结论仍需在更多的植物类群中验证。     

青藏高原露蕊乌头不同海拔居群的开花持续期与繁殖分配

对青藏高原东部3个不同海拔居群的露蕊乌头(Aconitum gymnandrum)(毛茛科)开花持续期和繁殖分配进行了野外观察和检测试验。结果表明:(1)随着海拔的升高,露蕊乌头的开花持续期时间延长,且不同居群间存在显著差异。(2)露蕊乌头的植株个体越大,繁殖投入越高。(3)露蕊乌头的繁殖分配在地上总生物量中所占的比例随海拔升高而增加。研究认为,露蕊乌头在高海拔地区较高的繁殖分配比例强调了有性繁殖在高山恶劣环境中的重要性,而高海拔地区开花持续期的延长补偿了传粉昆虫的减少并增加了对传粉昆虫的吸引能力。     

雌雄异熟植物露蕊乌头开花时间对雌雄功能期及表型性别的影响

开花时间决定了植物雌雄功能的交配机会, 最终影响繁殖成功。交配环境假说认为雌雄异熟植物开花时间的差异能引起植物表型性别的变异, 改变种群内的交配环境, 影响植物对雌雄功能的最佳性分配。为了研究开花时间对雌雄异熟植物的雌雄性别时期及表型性别的影响, 本文以毛茛科雄性先熟植物露蕊乌头(Aconitum gymnandrum)为实验材料, 记录了雄性和雌性功能期, 分析了植株开花时间、花的雌雄功能期和表型性别的关系。结果表明: 在植物同一花序内, 较晚开放的花有更长的雄性期和更短的雌性期, 性分配在时间上偏雄。雌雄功能期在时间上的相对分配随植物开花时间的变化表现出相似的趋势： 较晚开的花或较晚开花的个体, 花的雄性功能期相对于雌性功能期更长, 在时间上更偏向雄性功能。而且, 开花时间的差异影响种群内花的性比和植物个体的表型性别动态。随着开花时间由早到晚的变化, 种群内早期以雄花为主,末期以雌花为主, 种群内性别环境由偏雄向偏雌变化, 因此植株个体的平均表型性别则从偏雌转向偏雄。本文结果支持交配环境假说, 雄性先熟的露蕊乌头开花早期, 种群内花的性别比偏雄, 种群表型性别环境偏雄, 因而植物个体平均表型性别偏雌, 性别分配(即时间分配)偏向雌性功能, 而晚开花个体的平均性别偏雄, 更偏向雄性功能的分配。     

岩白菜（虎耳草科）不同海拔居群的繁殖分配

资源分配策略是植物生活史研究的重要内容之一,植物用于繁殖的相对资源比例（即繁殖分配）与植株的生活史特征、个体大小及植株的生境密切相关。本文研究了藏东南色季拉山一个阴坡上海拔4200m～4640m范围内6个不同居群的虎耳草科多年生草本植物岩白菜（Bergenia purpurascens）的繁殖分配特征,结果发现：（1）繁殖器官生物量、营养器官生物量、地上部分总生物量、花数目、花序轴长度均随海拔的升高而显著降低,而叶数目随海拔变化不大,繁殖分配值则先降低后升高,转折点在林线过渡带（海拔4400m）处;（2）各居群（海拔4300m居群除外）营养器官生物量与繁殖器官生物量均显著正相关,而营养器官生物量与繁殖分配则负相关,但各居群的显著性不同;（3）各居群繁殖器官生物量与植株个体大小（营养器官生物量）呈不同程度的异速增长,而繁殖分配则与植株个体大小负相关;（4）各居群植株都存在一个繁殖所需的个体大小阈值,而且这一阈值在林线以下区域随海拔的升高而显著增大,在林线以上区域变化不显著。研究结果表明,海拔并不是影响岩白菜繁殖分配策略的唯一生态因子,不同居群的生境状况和植株个体大小都与其资源分配策略密切相关,高山地区林线的存在对植物资源的权衡方式会产生巨大影响。     

5种毛茛科植物个体大小依赖的繁殖分配和性分配

 植物繁殖分配和性分配是生活史理论的核心问题,一直受到生态学家、进化生物学家们的关注。通过对青藏高原东部高寒草甸(3 500 m)及亚高山草甸(2 900 m)毛茛科5种虫媒两性花植物花期的繁殖分配和性分配的研究发现：1）个体越大,繁殖投入越高,繁殖分配越低,与以往研究结果一致;2）性分配是个体大小依赖的,大个体更偏向雌性器官的资源投入,花粉胚珠比与个体大小的关系较复杂,因种而异;3）花期雌雄功能之间存在资源分配上的权衡（Trade-off）,并且种群之间有差异,表明其受环境条件影响。     

露蕊乌头（Aconitum gymnandrum Maxim）花序内位置依赖的性分配

植物会采取什么样的繁殖对策来保障它的雌性和雄性繁殖成功,特别是那些生活在高寒地区的植物,已经引起了很多学者的关注.通过野外盆栽试验对青藏高原东部高寒草甸上的常见物种露蕊乌头(Aconitum gymnandrum Maxim)花序内的性分配模式进行了研究,发现同其它顶向式(从花序基部到顶部)开花的植物一样,随着花从基部到顶部的次序,露蕊乌头的心皮数、雌蕊重、种子数和种子重/果实减少;而花药数,花粉数/胚珠数以及雄蕊重/雌蕊重增大,顶部花表现出偏雄的性分配.结籽率在不同的位置间没有显著差异,不受花粉数量的限制;去花实验没有增加剩余部位花的种子数,只是增加了种子大小,这是花序内不可避免的位置效应导致了花序内位置依赖的性分配模式.     

横断山地区海仙报春的谱系地理学研究

由于横断山地区特殊的地理效应,第四纪冰期气候的反复变化对该地区植物的地理分布和居群遗传结构产生重要影响。为了揭示该地区分布的物种的谱系地理结构,检测了该地区特有的、生于湿地环境的植物海仙报春（Primula poissonii）的叶绿体trnL—F和trnT—L两个序列变异。共对13个居群167个个体的两个叶绿体片段进行测序,共发现11个单倍型。三种单倍型被共享,其他单倍型都只存在于单个居群内。分子变异分析（AMOVA）结果表明分布区内海仙报春的遗传变异主要存在于居群间（99．08％）,且居群间的遗传分化很高（GST=0．916,FST=0．99077,NST=0．973）,有着极显著的谱系地理学结构（NST〉GST,P〈0．01）和较低的居群间平均基因流（Nm=0．08）。结合嵌套分支分析（NCA）,本文的研究结果推测该物种在冰期可能存在多个避难所,并没有表现出大多数温带植物在第四纪冰期所经历过的种群集体扩张和迁移的现象,异域片段化被认为是该物种现有单倍型分布格局形成的主要原因。海仙报春的谱系地理结构是气候的反复波动和横断山特殊的地理环境互相作用的结果。     

紫翅猪毛菜、钠猪毛菜不同个体大小繁殖分配差异及随海拔的变化

以新疆准噶尔盆地藜科猪毛菜属植物紫翅猪毛菜(Salsola affinis C.A.Mey)、钠猪毛菜(Salsola nitraria Pall)为研究对象,用繁殖分配比例的方法对比分析了两种猪毛菜不同海拔同一种群内不同个体大小繁殖分配的特点,并用异速生长模型分析了不同海拔繁殖生物量与营养生物量之间分配与个体大小的依赖关系。结果发现:1)不同海拔繁殖生物量(R)与营养生物量(V)呈不同程度的异速生长。紫翅猪毛菜随海拔的升高R-V的异速生长斜率显著升高,截距随海拔的升高没有显著增加;而钠猪毛菜的斜率随海拔升高显著降低,截距则显著升高。2)紫翅猪毛菜在较低海拔个体大小与繁殖分配呈负相关,在较高海拔呈正相关;钠猪毛菜在较低海拔个体大小与繁殖分配呈正相关,在较高海拔呈负相关;两种猪毛菜繁殖分配的适应对策相反。3)将同一种群个体大小分成大、中、小3种类型,多重比较发现紫翅猪毛菜在较低海拔,中小个体的繁殖分配显著高于大个体的繁殖分配;在较高海拔,大个体的繁殖分配显著高于中小个体的繁殖分配。钠猪毛菜在较低海拔,大个体的繁殖分配显著高于中、小个体的繁殖分配;在较高海拔,小个体的繁殖分配显著高于大、中个体的繁殖分配。综合分析认为:两个物种随海拔变化产生不同的繁殖分配策略,除遗传效应外,环境和个体大小对钠猪毛菜繁殖分配的变化均产生重要影响,而紫翅猪毛菜繁殖分配的变化主要由海拔差异导致。由于微生境对同一种群的个体大小产生影响,进而产生不同的繁殖分配模式,所以在干旱区更应重视个体大小对繁殖分配的影响。     

露蕊乌头(毛茛科)不同海拔居群的传粉生态学

对青藏高原东北部两个不同海拔地点（互助,2460m和海北,3200m）的露蕊乌头Aconitum gymnandrum的传粉生态学进行了比较研究。研究结果表明高海拔居群的单花花期、雄性期持续时间、雌性期持续时间比低海拔长。露蕊乌头不存在无融合生殖现象,尽管高度自交亲和,但产生种子必须依赖传粉媒介。熊蜂是露蕊乌头的主要传粉昆虫,两个居群均存在传粉限制。熊蜂取食花蜜为主,在同一个花序上的访问顺序以由下向上为主,但在互助居群和海北居群有3．9％和2．7％的访花是由上向下进行的。统计发现有37．7％和29．3％的访问行为发生在同一植株内;因此,同株异花传粉造成的自交在露蕊乌头中仍然不能避免。低海拔居群的熊蜂种类和访花频率均高于高海拔居群,但自然状态下两个居群的结实率并没有显著差异。高海拔露蕊乌头居群可能具有较长的柱头持续时间,从而补偿了由于访花频率低带来的结实率降低。     

狮牙草状风毛菊果期资源分配对海拔的响应

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。     

Response of resource allocation of Saussurea leontodontoides during its fruiting stage to the elevation

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。     

高寒草地狼毒种群繁殖分配对海拔的响应

繁殖与物种的生存和发展有着极为密切的关系,是植物生活史研究的核心问题,海拔制约下的环境因子对植物繁殖分配产生重要影响.2010年7月采用样方调查法,研究了祁连山北坡高寒草地2700～3000 m范围内4个海拔梯度下狼毒(Stellera chamaejasme)种群繁殖分配特征.结果表明:随着海拔的升高,狼毒地上生物量呈降低趋势,总花干重、株高呈先减小后增大的趋势,繁殖分配呈增大趋势;在海拔梯度下,狼毒种群繁殖分配与地上生物量均呈极显著负相关(海拔2800 m除外),与株高呈不显著负相关(海拔3000 m除外).狼毒种群繁殖分配存在大小依赖性且生物量的依赖性远大于株高,说明随海拔升高,狼毒种群通过减小个体大小来降低资源消耗,把获取的有限资源分配到繁殖部分,从而达到繁殖成功.     

高山垫状植物团状福禄草开花面积与方位随海拔的变化及其适应性

作为高山生态系统中的奠基种(foundation species), 垫状植物自身种群的繁殖与扩张, 对高山生态系统功能稳定性起着关键作用。但是, 垫状植物如何在极端环境条件下实现资源的有效利用与分配, 达到繁殖最优化, 至今鲜为人知。该研究在滇西北白马雪山沿海拔梯度选择具有不同坡度及坡向的5个团状福禄草(Arenaria polytrichoides)种群, 调查、比较种群内、种群间以及具有不同性系统的植株个体之间的开花面积比、开花方位, 并分析不同生态因子对其开花特性的影响。结果表明: 随着海拔的升高, 团状福禄草个体变小, 其分配到开花的资源比例总体上随海拔上升呈现下降的趋势, 说明团状福禄草的繁殖分配受到由海拔所引起的生态因子的调控。但是, 部分低海拔种群内植物个体的繁殖分配显著低于部分高海拔种群, 说明海拔并非控制植物繁殖分配的唯一因素。此外, 植株开花总面积随植株个体增大而增加, 但开花面积比却随个体增大而变小, 说明植株分配到开花的资源增长速率可能低于植株个体的增长速率。在性别差异方面, 两性植株对开花的资源分配比例要显著高于雌性植株, 但是, 其差异程度受到海拔因素的影响。最后, 在同一种群内, 团状福禄草在冠层表面不同方位上的开花面积比存在显著差异性, 这种差异性在不同种群之间又具有不同的表现形式。     

黄帚橐吾花序结构的资源配置与环境的关系

 为了系统地了解黄帚橐吾(Ligularia virgaurea) 自然种群的繁殖对策,在其繁殖分配研究的基础上,通过统计不同部位头状花序的生物量投入,进一步分析了存在于总状花序内资源分配上的结构效应及其对不同生境条件的反应。结果表明：1）总状花序、不同部位头状花序在资源投入上受其栖息生境各种生态因子的影响而在不同生境和平均种群密度间存在着差异,并表现出一定的趋势;2）可代表个体水平的总状花序大小、头状花序大小、头状花序数量和头状花序平均重量等特征,都与种群密度呈现出程度不同的负相关关系,而总状花序内不同部位的头状花序大小则与种群密度变化无关;3）总状花序内的资源分配存在着位置依赖性,这种显著差异表现为顶部头状花序比基部和中部头状花序有较大的资源分配;4）总状花序顶部、中部和基部头状花序的资源分配与总状花序大小表现出极显著或显著的负相关关系。     

青藏高原东缘禾叶风毛菊的繁殖分配与海拔的相关性

通过采样调查法和烘干称重法,对分布在青藏高原东缘不同海拔高度的禾叶风毛菊的繁殖分配的特征进行研究。结果表明：（1）随着海拔的升高,禾叶风毛菊的个体大小、营养器官生物量、繁殖器官生物量、个体管状小花数目、雄蕊质量均与海拔呈负相关关系（P<0.01）;繁殖分配、管状小花生物量、雌蕊质量均与海拔呈正相关关系（P<0.01）;（2）繁殖分配是依赖个体大小的,个体越大,繁殖分配越小（P<0.01）;（3）禾叶风毛菊个体管状小花的数目及重量（P<0.05）、雌雄蕊重量（P<0.05）之间存在权衡关系。由此推论：（1）海拔作为外界因子对禾叶风毛菊花期各生物量及繁殖分配有显著的影响,但海拔并不是影响禾叶风毛菊繁殖分配唯一生态因子,植株个体大小也与其繁殖分配策略密切相关;（2）禾叶风毛菊的垂直分布的特征很有可能就是海拔通过影响植株个体大小变化来完成的。     

中国东北温带针阔混交林植物物种的谱系地理研究进展

中国东北温带针阔混交林是暖温带植被与寒温带植被的交错区,是研究第四纪气候变化对遗传格局影响的关键区域。古植被重建研究显示,在末次冰盛期时,针阔混交林向南退缩至25°–30°N之间。然而,谱系地理研究则表明针阔混交林植物在末次冰盛期时可在35°N以北的一个或多个避难所中原地存活。长白山和朝鲜半岛是针阔混交林植物最重要的两个避难所,在其他区域还可能存在多个避难所,最北可达小兴安岭和俄罗斯远东地区。在避难所种群间冰期或冰期后发生扩张的过程中,形成了复杂的遗传多样性分布模式。单个避难所向北扩张的种群历史并不一定导致种群内遗传多样性随纬度升高而显著降低。在多个避难所模式下,种群内遗传多样性一般呈均匀分布。以往研究揭示了第四纪,尤其是末次冰盛期对针阔混交林植物进化历史的影响,但仍主要是乔木成分,且集中于单一物种。因此,东北和南方地区近缘种或姊妹种的适应性进化比较及针阔混交林的群落构建机制检验是未来研究的两个发展趋势。     

青藏高原及其周边地区高山植物谱系地理学研究进展

青藏高原及其周边地区是世界上高山植物最丰富的地区,通过谱系地理学研究可以探讨高山植物演化历史与高原隆升和第四纪冰期的关系。根据对已经报道的36种高山植物的谱系地理分析,其谱系地理模式主要表现为:一、冰期退却到高原边缘的避难所,冰后期回迁到高原面;二、地理隔离造成冰期存在多处避难所(含微型避难所),冰后期发生局域性扩张。青藏高原在晚第三纪的快速隆升促进了物种的分化和成种,而第四纪冰期更是加剧了物种的快速分化,高原隆升和第四纪周期性气候波动是形成青藏高原高山植物现代谱系地理格局的主要原因。横断山脉地区作为第四纪冰期高山植物的主要避难所,在进化生物学和保护生物学方面具有重要启示。最后在物种选择、采样策略、基因片段选择和研究方法等4个方面提出青藏高原地区谱系地理学的研究方向。     

海拔对青藏高原东部毛茛科植物繁殖特征和资源分配的影响

通过野外采样对青藏高原东部高寒草甸上两个海拔间3种常见毛茛科植物条裂银莲花(Anemone trullifo-liavar.linearis)、粗距翠雀花(Delphinium pachycentrumHemsl.)和钝裂银莲花(Anemone obtusiloba)的繁殖性状和资源分配进行了研究,并对植物在极端环境下采取的繁殖策略及繁殖模式进行了探讨.结果显示:(1)3个物种的株高都随着海拔的升高而降低;同一物种的花大小在不同海拔间均无显著差异;条裂银莲花单个种子重随海拔的升高而增加,但虫食数/株、结籽率和种子数/株均随着海拔的升高而减少;钝裂银莲花的繁殖分配、虫食数/株、种子数/株和单个种子重均随着海拔的升高而减小.(2)不同海拔条裂银莲花的个体大小与单花重、雄蕊重、虫食数/株均呈显著正相关,且回归斜率在海拔间有显著差异.粗距翠雀花花期的雄蕊重与个体大小呈显著正相关,但这种异速关系不受海拔和个体大小的影响;钝裂银莲花的个体大小与花期的所有繁殖特征以及果期的种子重/果实均呈显著正相关,不同海拔间个体大小与种子重/果实的斜率差异显著,且与花期各繁殖性状异速关系的截距差异显著.研究表明海拔对植物的个体大小以及种群间的繁殖对策和繁殖成功率有着重要的影响.     

川西风毛菊花期资源分配随海拔的变化

以分布于青藏高原东缘的川西风毛菊(Saussurea dzeure)为试验材料, 研究了其位于不同海拔高度的16个种群的花期资源分配。结果显示: 1)花期植物个体大小、头状花序数量、繁殖器官及营养器官生物量、花瓣质量、雌蕊及雄蕊群质量均与海拔呈负相关关系, 每个头状花序质量与海拔呈正相关关系; 2)繁殖分配和雄性分配与海拔呈正相关关系, 营养分配和雌性分配与海拔呈负相关关系; 3)花期头状花序的数量和大小、繁殖分配和营养分配以及雄性分配和雌性分配之间均存在资源分配上的权衡。由此推论: 1)海拔作为外界因子对川西风毛菊花期各生物量及资源分配有显著的影响; 2)在资源有限的情况下, 川西风毛菊权衡对各结构的资源投入, 通过增加繁殖分配和雄性分配来适应胁迫环境, 提高繁殖的成功率。     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合, 准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制, 分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响, 比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程, 并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异, 边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制, 深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。