全球气候变化下干旱及复水对植物和土壤微生物的影响：进展与展望

陆地生态系统是维持人类生命活动的重要场所，为人类的生存和发展提供多种生态服务。随着全球变暖和降水格局的改变，干旱事件发生的频度和强度显著增加，严重影响了陆地生态系统的结构和功能。植物和土壤微生物作为陆地生态系统的重要组成部分，在物质循环和能量流动等方面发挥不可或缺的作用。目前，有关干旱如何影响植物和土壤微生物的研究已受到学者们的广泛关注，但大多聚焦于干旱过程，对干旱后复水过程的理解仍十分有限。此外，干旱后复水不仅可以对植物的生长起到补偿作用，而且能够调节陆地生态系统的恢复。因此，开展干旱后复水对植物和土壤微生物影响的相关研究是当前全球气候变化领域的重要生态热点。本文以植物生长、生理性状及土壤微生物为切入点，概述了气候变化下干旱及复水过程对陆地生态系统植物和土壤微生物的影响，并基于当前研究存在的问题，提出了未来需要深入研究的方向，以期为气候变化下植物和土壤微生物如何响应干旱及复水过程的相关研究提供理论参考，进而为维持陆地生态系统的结构和功能并保护生物多样性提供科学依据。     

MIR166基因家族在陆生植物中的进化模式分析

MicroRNA（miRNA）是一类广泛存在于真核生物中的具有转录后水平调控功能的内源非编码小分子RNA。在植物中．miRNA通过对靶基因的剪切或沉默来实现对植物生命活动的调控,它是基因表达调控网络的重要组成部分。miR165／166（miR166）是陆生植物中最为古老的MIRNA家族之一,它通过对3型同源异域型-亮氨酸拉链（1id—ZIPⅢ）等靶标的调控,在植物的众多发育时期起着关键的调控作用。本文分析了MIR166基因在陆生植物中的进化关系,并对MIR166在基部陆生植物小立碗藓（Physcomitrella patens）中的复制及进化进行了研究。此外,HD—ZIPⅢ蛋白是植物中重要的一类转录因子,miR166对HD-ZIP Ⅲ基因的调控作用在陆地植物保守的存在,本文对HD—ZIP Ⅲ基因和miR166在进化中的相互作用进行了初步的探讨。     

固氮类植物在陆地生态系统中的作用研究进展

固氮类植物是陆地生态系统中的一个重要功能群,它们广泛存在于陆地生态系统中,是陆地生态系统最重要的氮源,大量研究表明,固氮类植物在陆地生态系统中的生态功能表现出明显的复杂性和多样性,对于生态过程有很强的主导性和控制性.通过与固氮微生物形成不同的共生固氮类型,它们可以改善土壤结构和营养组成以及地表微生境,直接影响碳氮磷循环、种子萌发和植株生长、植被演替、凋落物构成及其分解4个关键生态过程,进而提高群落结构复杂性、生物多样性和初级生产力,促进植被恢复和减少水土流失.未来研究中,应该加强对陆地生态系统固氮过程的定量化分析,确定影响共生固氮的主导因子和生态机制从而为陆地系统的生态恢复提供依据.     

淡水环境—陆地植物的摇篮

在植物的进化中,最重要的一个环节便是由水生到陆生。这一过程的实现,使得今天的生命世界如此形形色色,生机勃勃,丰富多彩。同时,也使地球的环境发生了根本的变化,为陆地生物的生存和进化提供了必要条件。     

中国古生代陆相地层时代的讨论

除出藻类(尤是是含石灰质的藻类)植物以外,古生代前期如寒武纪、奥陶纪、及志留纪几乎没有发现植物化石。藻类植物无疑地在寒武纪以前,所谓原古代已经发生了。泥盆纪以前的地层,大多数是在海水中沉积的,因此陆地植物化石当不可能发现的;虽然如此,最原始的蕨类和石松类,可能在志留纪时已经发生了。最古的陆地植物是在泥盆纪初期发见的(很少的地方,上志留纪上部地层,亦找到陆地植物和笔石相伴生,如同澳洲)。这时期的陆地植物是“裸茎植物目”     

木贼类和真蕨类是与种子植物关系最近的单元类群

苔藓类、蕨类和种子植物发生发展的过程构成了陆地植物四亿七千万年演化历史的主要内容。在九千万年以前 ,被子植物诞生并发展成为陆地生态系统中的优势类群。随着多基因序列分析的开展 ,我们对于被子植物系统发育的认识 ,特别是它们早期演化路线分支系统的认识不断丰富和提高。对泥盆纪 (距今约四亿年 )以来的维管植物所有主要演化路线相互关系的重建至今依然是个挑战。本文报道了对陆地植物所有主要演化路线的35种代表类群的形态学特征和四个基因的资料所进行的综合系统学分析。通过对这些植物的两个基因组的四个基因 :质体ａｔｐＢ ,ｒｂ…     

杨树--林木基因组学研究的模式物种

林木植物是大多数生态系统中的主要生命形式,在所有陆地生态系统中具有最大的生物量和生物生产力,因此它具有重要的经济及生态价值。林木植物特有的多年生习性使其生物学研究相对困难,因此需要寻找一种适用于遗传学及分子生物学方法做精细分析的模式植物。杨属（Populus）植物作为林业研究的模式植物,具有优良的实验特性：容易进行种间杂交和无性繁殖;生长迅速,并已建立完善的遗传转化系统;基因组相对较小,约450～550Mbp;易于进行遗传研究;适应性强,生长速度快,丰产性强。自2002年起,美国能源部与多家研究机构正式启动了杨属植物基因组计划,目前已接近完成。本文综述了模式植物杨树及其基因组学的研究进展。     

杨树——林木基因组学研究的模式物种

林木植物是大多数生态系统中的主要生命形式, 在所有陆地生态系统中具有最大的生物量和生物生产力, 因此它具有重要的经济及生态价值。林木植物特有的多年生习性使其生物学研究相对困难, 因此需要寻找一种适用于遗传学及分子生物学方法做精细分析的模式植物。杨属(Populus)植物作为林业研究的模式植物, 具有优良的实验特性: 容易进行种间杂交和无性繁殖; 生长迅速, 并已建立完善的遗传转化系统; 基因组相对较小, 约450～550 Mbp; 易于进行遗传研究; 适应性强, 生长速度快, 丰产性强。自2002年起, 美国能源部与多家研究机构正式启动了杨属植物基因组计划, 目前已接近完成。本文综述了模式植物杨树及其基因组学的研究进展。     

植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分, 它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用, 阐述了土壤微生物对养分有效性及土壤质量具有重要的作用。其次, 重点综述了植物与土壤微生物之间相互依存、相互竞争的关系。植物通过其凋落物与分泌物为土壤微生物提供营养, 土壤微生物作为分解者提供植物可吸收的营养元素, 比如共生体菌根真菌即可使植物根与土壤真菌达到互惠。然而, 植物的养分吸收与微生物的养分固持同时存在, 因而两者之间存在对养分的竞争。通过植物多样性对土壤微生物多样性的影响分析, 以及土壤微生物直接或间接作用于植物多样性和生产力的分析, 探讨了植物物种多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系。针对当前植物与土壤微生物对养分循环的调控机制的争论, 提出植物凋落物是调节植物与土壤微生物养分循环的良好媒介, 植物与土壤微生物的共同作用对维持整个生态系统的稳定性具有重要意义。也指出了目前在陆地生态系统地上、地下研究中存在的不足和亟待解决的问题。     

全球变化背景下陆地植物N/P生态化学计量学研究进展

生态化学计量学理论最早应用在水生生态系统的研究中,但最近20年来在陆地生态系统中也开展了大量的相关研究,特别是关于全球变化背景下陆地植物N/P生态化学计量学方面的研究得到很大的发展,极大地丰富和提升了我们对陆地植物包括生态系统生态过程的认识。就全球变化背景下陆地植物生态化学计量学的研究现状进行了综述,同时以中国科学院华南植物园90周庆为契机,总结我们关于南亚热带森林植物生态化学计量学的研究工作,进而分析当前存在的一些问题并提出今后研究的发展重点,以期促进和推动我园和我国生态化学计量学相关领域的研究。     

植物生命之树重建的现状、问题和对策建议

生命之树的概念源自1859年达尔文的《物种起源》, 但利用分子数据重建植物生命之树的研究则在20世纪90年代才开始兴起。近年来, 随着测序技术、分析方法和计算能力的快速发展, 植物生命之树重建研究取得了显著成果。本文首先概述了当前以及未来很长一段时间内植物生命之树重建工作的重点, 包括植物属级和种级水平的系统发育研究、植物系统发育基因组学研究、分子和形态数据联合分析、包括灭绝与现存植物类群的生命之树重建, 以及超大植物生命之树重建等5个方面; 然后简要概括国内植物生命之树重建研究的现状, 指出了我国在植物生命之树重建领域发展中所存在的问题, 并从“类群研究体系、学科评价体系、国家顶层设计, 以及拓展国际合作”等方面对学科未来的发展提出了一些对策建议。     

菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生态系统的碳循环过程。该文从碳的输入,土壤有机质的形成、稳定和分解等4个关键环节分别论述了菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用。研究表明,菌根真菌在陆地生态系统碳的输入过程中扮演关键角色,其通过改善植物矿质营养,参与植物逆境响应,影响植物的光合作用强度,以及调控植物多样性与生产力之间的关系等多种途径,维持或提高植被初级生产力;大气中的CO₂被植物固定后,一部分碳经由菌丝网络输送到土壤中,随后经微生物的分解和转化,与矿物结合或被团聚体包裹而被稳定在土壤中;同时,菌根真菌通过影响根际激发效应和菌丝际生物化学过程,如分泌特定胞外酶,与菌丝际微生物互作,驱动芬顿反应,以及与腐生微生物竞争等,调控土壤有机质的分解和转化过程。考虑到菌根真菌对环境和气候变化的敏感性,该文还探讨了全球变化因子对菌根真菌介导的碳循环过程的影响。最后,该文对未来研究方向进行了展望,并提...     

陆地生态系统磷素循环及其影响因素

 磷是生命系统的重要组成成分,其在生态系统内的迁移转化是生态系统结构和功能的决定性因素之一。近20年来,磷在陆地生态系统内的重要性受到越来越多的关注。该文总结了国内外磷循环研究的成果,从磷的来源、在土壤中的存在形态和固定特性、影响因素的复杂性等方面分析了磷素循环的特点;系统阐述了磷在陆地生态系统各库之间及其内部,主要是植被-土壤亚系统内的迁移转化规律及影响因素。陆地生态系统磷素循环主要是系统内部的生物化学循环,由植物自身的遗传特性和土壤的生物、理化性质共同控制,不同控制因素的相对重要性因生态系统类型、时间和空间尺度而异。文章简述了磷循环研究方法的发展及存在的局限性;另外,分析了干旱、半干旱地区磷循环研究的重要性和意义;干旱区生态系统的脆弱性及其植被、土壤特性决定了其磷素循环有其自身的特点及研究的必要性。最后指出了当前陆地生态系统磷循环研究的发展趋势。     

陆地生态系统可溶性有机氮研究进展

可溶性有机氮(dissolved organic nitrogen DON)的流动是陆地生态系统氮循环的重要组成部分。本文就陆地生态系统DON的来源、组成、性质;森林生态系统DON的流动、季节动态以及DON在氮循环中的地位等方面作了概括和探讨。今后的陆地生态系统DON的研究应该集中在以下几个方面：确定陆地生态系统中DON的各分室DON的浓度、流量;DON的源与汇问题;量化不同生态系统中DON库的大小和组成;研究DON在氮的矿化、微生物的固持、以及植物吸收等氮循环过程中的地位;对比研究DON与DOC(dissolved organic carbon)的动态差别;探讨DON与植物营养和碳积累的关系等。     

植物烯酰辅酶A还原酶家族的基因鉴定和分析

植物烯酰辅酶A还原酶(ECR)是超长链脂肪酸合成的最后一步关键酶。植物中,针对ECR的基因多集中于拟南芥,而鲜有其它植物中ECR基因鉴定的报道,更没有针对其基因全面鉴定及家族进化的报道。本研究首先从拟南芥ECR蛋白序列中鉴定得到了编号为PF02544.12的结构域,进而从8种从藻类到被子植物的基因组中鉴定得到了48条ECR家族成员。进化树构建结果表明,此家族基因可进一步细分为4个亚家族,其中3个亚家族中的拟南芥基因均得以阐明,分别为ECR、PPRD和DET2基因;这3个亚家族成员在从藻类到高等植物的各基因组中均存在,且ECR和PPRD的数目在被子植物中极为保守,表明其在植物中发挥重要且根本的功能。第4个亚家族仅在陆地植物中存在,且基因拷贝数在各陆地物种中极为保守,暗示其在陆地植物中起重要作用。ECR和PPRD基因编码蛋白较大,而各基因疏水性较高,且不稳定系数较高。本研究为进一步全面阐明植物中ECR基因的功能提供了基础。     

陆地生态系统植物的氮源及氮素吸收

氮是植物生长发育所必需的营养元素,也是其主要的限制因子之一.陆地生态系统植物所需氮的来源及植物对氮素的吸收利用均受控于其种类和生长环境.环境条件的改变,一方面可能改变植物生长区原有氮的形态、浓度、赋存方式等,从而改变氮对植物的供给状况;另一方面可能引起植物生长区土壤质量、水分利用状况、光照等的改变,从而产生耦合现象,直接影响植物的生理生态特性,使植物对氮素的吸收利用发生改变,导致植物生长区的种群类型及物种多样性发生改变,并直接影响到生态系统的功能及演替.本文主要对陆地生态系统中高等植物生长发育所需氮素的来源及植物对氮素吸收利用过程中的影响因素进行了综述和讨论,并结合国内外在该领域的研究现状对其研究前景进行了展望.     

以龟裂地植丛发生演替为例探讨植物对环境的反应与反馈效应

准葛尔盆地荒漠龟裂地植丛发生演替的研究结果表明：在荒漠龟裂地发生演替的初始阶段，环境因子对植物发生具有极大的限制作用。但是，一旦有先锋植物侵入，植物就会通过自身的生命活动不断改善其生存环境，为新植物的进入创造条件，新植物的定居又会反作用于环境，使其生存条件进一步改善，如此往复，推动整个微生态系统由简单至繁杂呈顺序性、方向性发展。生命的存在及其活动过程对环境的反应和对于环境的反馈作用，是导致生态系统顺向发展的根本动力。该研究将为如何改善生境质量提供理论基础，对植被恢复及受损生态系统的重建，特别是对加深全球变化环境下气候与植被关系的理解，提高预测陆地生态系统对全球变化反应的能力有重要的意义。     

菌根真菌对土壤呼吸以及凋落物分解的影响

土壤呼吸是植物固定的碳由陆地生态系统进入大气的主要途径之一; 凋落物分解是养分循环的重要环节。陆地植物的90%以上可同菌根真菌形成共生关系, 菌根真菌对于植物获取环境中的养分具有重要的作用。然而, 其对土壤呼吸和凋落物分解的影响却经常在生态系统对环境变化的响应研究中被忽视。本文系统地综述了国内外相关研究进展, 对菌根真菌如何影响土壤呼吸和凋落物分解这两个过程及这种影响如何受到环境变化的制约做了全面的分析, 并对以往研究中存在的问题以及未来的研究方向提出了展望。     

外来植物对陆地生态系统氮循环的影响途径

外来植物的引种和入侵已成为一个全球性的重要问题.许多外来植物不仅可以改变陆地生态系统的氮输入、输出,而且还可以通过改变氮素吸收、再利用,凋落物质量,土壤环境,土壤生物等因子影响陆地生态系统内都氮循环.在概述陆地生态系统氮循环基础上,系统综述了外来植物对陆地生态系统氮循环的影响方式和途径以及可能造成的生态后果,并对将来研究方向进行了展望:应更多考虑外来植物影响机制的复杂性、不同养分元素循环的相互作用和新技术手段的应用.     

浅谈陆生植物的起源问题

古植物学界一般认为,(陆生植物)起源于绿藻,即在志留纪末期至泥盆纪初期。由于造山运动,陆地面积不断扩大,原来生活于水中的绿藻中的丝状藻植物,开始向两个方向进化,一方面是进化到配子体占优势的苔蓟植物;另一方面是进化到无性世代的孢子体占优势的最原始的蕨类植物,从而形成了第一个陆生植物群——裸蕨植物群。那么,植物的登陆又经历了哪些发展历程?