高山松的二倍体杂种起源-来自三个基因组的证据

利用松科植物特殊的遗传体系（叶绿体基因组一父系遗传、线粒体基因组—母系遗传、核基因组一双亲遗传），我们对高山松及其两个亲本种进行了广泛的群体取样，通过线粒体基因nadl、叶绿体基因rbcL和trnL-F基因间区以及低拷贝核基因4CL的序列分析或PCR-RFLP分析，为高山松同倍体杂种起源假说提供了翔实的遗传学证据，同时在个体水平上探讨了高山松不同群体的遗传组成、群体遗传结构、基因交流方向、群体建立过程以及杂种基因组的进化。具体结果如下： 1．细胞质基因组分析 1)线粒体基因nudl分析 本研究对油松、高山松和云南松的19个群体、295个个体的线粒体基因nadl的一个内含子进行了序列分析或PCR-RFLP分析，共检测到3种线粒体DNA单倍型-A、B和C。油松所有的取样群体仅含单倍型A;除BX群体外，所有的云南松群体仅含单倍型B; 10个高山松群体中，5个群体固定单倍型A，4个群体固定单倍型B，1个群体(ZD)分布有A和B两种单倍型。2)叶绿体rbcL基因分析 对同一组群体的rbcL基因进行序列分析或PCR-RFLP分析，共检测到两个变异位点和三种叶绿体单倍型（TT、TC和GC）。TT和GC分别是油松和云南松种特异性叶绿体单倍型，而在高山松群体里则三种单倍型均有分布，而且TC单倍型广泛地分布在7个杂种群体中，该单倍型很可能来源于点突变或第三个已灭绝的亲本。rbcL基因检测到的高山松群体分化系数很高(Gst=0.533)。 3)叶绿体trn L-F区序列分析 叶绿体trnL-F分子标记检测到的不同单倍型的差异主要是由引物“e”下游120碱基处一个多聚T结构的长度变异所致（叶绿体SSR位点）。10个高山松群体中共检测到5种叶绿体单倍型，其中两种主要的单倍型(9T和11T)分别为油松和云南松的种特异性单倍型，其他单倍型均为非典型单倍型。群体遗传结构分析表明：杂种群体表现最高的遗传多样性，而且trnL-F分析得到的高山松群体的分化系数也很高( Gst=0.443)。 总之，对高山松、油松和云南松的同一组群体取样进行的细胞质基因组分析表明：高山松群体分布有油松和云南松种特异性的线粒体和叶绿体单倍型，该细胞质DNA单倍型的地理分布为假说“高山松为油松和云南松的的二倍体杂种”提供了翔实的遗传学证据。油松和云南松在不同的杂种群体中分别做父本和母本，即两亲本在杂交过程中发生了双向基因交流。群体遗传结构分析发现高山松群体表现最高的遗传多样性，而且群体间的分化系数很高。不同的杂种群体在遗传组成上的差异表明他们经历过不同的建立和进化历史。从线粒体和叶绿体单倍型的地理分布可以看出杂种群体的建立曾经历强烈的奠基者效应和回交。青藏高原的隆升对高山松的起源、杂种群体的适应辐射以及保持产生了重要的影响。川西南和滇西北作为青藏高原的东边边界，很可能是当初云南松和油松分布的重叠区及杂交地带，即高山松的起源地。 2．核基因4CL分析 对高山松、油松和云南松的19个群体、32个个体的低拷贝核基因4CL进行了克隆及序列分析，获得的78条序列可分为两种类型（类型A和类型B）。这两种类型明显的差别是类型A相对于类型B在内含子区有- 20bp的缺失。以华山松的3条序列为外类群，对得到的78条序列进行基因谱系分析，发现所有的序列分成明显的两支，分别对应于类型A和类型B，而且每一支均包含三个种的部分序列，表明4CL基因在这三个种分化之前就已发生重复。另一个明显的特点是某个种的一条序列与另一个种的序列比其与同种的其他序列关系更近，可能因基因交流（杂交和渐渗）、非共祖、致同进化和重组等进化事件所致。三种松树中共检测到4CL基因序列的两种类型和六个亚类型，高山松群体中没有发现杂种独特的类型或亚类型。高山松和云南松共享三种序列亚类型以及最多的序列多态性，表明这两个种之间曾存在广泛的基因交流。

全缘叶绿绒蒿的谱系生物地理学研究

青藏高原是我国植物多样性和特有性最高的地区，其中横断山区由于复杂的地质变迁历史和独特的地貌已成为研究物种多样性的一个热点。全缘叶绿绒蒿是分布于青藏高原及其周边地区的高山植物，该物种的谱系生物地理学研究不仅有助于揭示横断山区的物种分化机制及地理分布格局的形成过程，而且有助于探讨青藏高原隆升及新生代晚期气候变化对横断山区物种遗传结构的影响。 本研究对全缘叶绿绒蒿的12 个群体、153 个个体的叶绿体DNA trnS-trnfM片段进行了序列测定，比对校正后该片段的长度为877－962 bp，其中含6 个突变位点和5 个插入缺失（两个7 bp，两个39 bp，一个6 bp）。根据这些变异，可分为12 种叶绿体单倍型（H1-H12）。全缘叶绿绒蒿在物种水平上的核苷酸多态性分别为π = 0.00152 和θ = 0.00122，单倍型多样性为HE 为0.791，群体之间的遗传分化系数FST 为0.46579。中性检测结果显示无论在物种水平还是在群体水平，都没有显著偏离中性模式，说明该物种近期没有经历明显的瓶颈效应或奠基者效应等历史事件。我们从地理上将全缘叶绿绒蒿的群体分为四个地区，即云南、川西、川北和青海地区。AMOVA 分析显示群体间的遗传分化系数FST为0.46579，大多数的核苷酸多态性来自群体内（53.42%），其次来自于地区内的群体间（40.44%），而四个地区之间的分化非常小，仅占6.14%。失配分析显示在整个物种的分布范围内呈现单峰式样（r = 0.0475, P = 0.07924），这种分布虽然是不显著的，但P 值接近显著的临界，说明可能存在不明显的扩散，但在各个地区内的群体都没有扩散的迹象。 比较单倍型的地理分布和单倍型之间的进化关系，发现川西和川北地区存在明显差异，这两个地区都拥有比较古老的单倍型，也具有地区特异的稀有单倍型，因此很可能是全缘叶绿绒蒿在冰期时的避难所。云南地区只具有一个古老单倍型H1，这种分布可能是由川西和川北避难所的南迁造成的，也可能该地区自身就是古老单倍型H1 的发源地。青海地区只有两种古老的单倍型，由于冰期后物种有往高纬度迁移的趋势，因此这个地区的单倍型可能是在冰期后由川西和川北迁移过去的。全缘叶绿绒蒿在横断山区单倍型的片段化分布及多个避难所的存在可能与该地区独特的高山低谷相间地貌以及受多次冰期影响有密切关系。

高山松（Pinus densata）同倍性杂交物种形成的生态遗传学研究

种间杂交在自然界中普遍存在。杂交可以为群体带来多方面的遗传改变，具有重要的进化生物学意义。越来越多的证据表明，同倍性杂交物种形成是一种重要物种形成途径，在动、植物物种进化中扮演着重要的角色。同倍性杂交物种形成意味着一个稳定的、可育的、与亲本种间形成生殖隔离的杂种群体建立起来，但不改变染色体的数目。这种生殖隔离被认为是通过快速的染色体重组、生态分化、或空间分离形成的。对于现存杂交种的对比分析和对同倍性杂交物种形成的理论模拟都表明，适应性分化和生态转变在同倍性杂交物种形成中起着至关重要的作用。来自于生态成种的研究也表明生态选择自身就可以导致生殖隔离的形成和新物种的形成。尽管如此，我们对同倍性杂交物种形成过程的研究仍然较多地关注于染色体重组及相应的遗传效应；对于自然选择，特别是生态选择在同倍性杂交成种过程中的作用模式缺乏全面地了解。 本研究以同倍性杂交种－高山松为研究对象，利用地理信息学技术、基于天然群体取样的性状对比分析和人工杂交手段，全面地定量描述了高山松及其亲本种间的生态分化、生态转变下的天然群体生殖适应性、以及生态选择下的形态变异和种间杂交可配性。以此探讨了高山松的杂交成种过程，生态转变和自然选择的重要性以及它们与杂交种适应性、形态变异和生殖隔离之间的关系。利用地理信息学手段，对高山松及其亲本种间的生态分化对比分析表明：高山松与其亲本种间形成了明显的生态转变；在自然选择的作用下，高山松已经具备了对于青藏高原东南缘横断山区高山地带独特的生态适应性；相对于亲本种，它的适应性特征体现为混合型，在某些性状上它高出亲本种的适应性，在另一些性状上，它体现出居中、较低或者类似于亲本种适应性；高山松适生区由于地形地貌的复杂性，往往不连续，呈间断状。基于四个反映结实效率的性状、小孢子母细胞减数分裂异常现象及花粉萌发率在种间的对比分析表明，这些反映生殖状态的指标，在三个种及群体间并没有显著差异；相对于亲本种的天然群体，居于青藏高原的高山松群体，表现出了正常的授粉效率和生殖适应性。高山松天然群体正常的生殖效率表明，它经历了生态转变过程中的选择作用，已经具备了在新生境下，繁殖发展下去的生殖适应性。 在大规模群体取样的基础上，通过对反映植物个体发育和营养状态的球果和针叶形态性状的对比分析，我们发现，高山松及其亲本种间的形态变异存在以下特征：第一，绝大多数性状，在种间和种内群体间都存在着显著的差异，并且大部分性状的差异主要体现在种间；第二，高山松在大部分形态性状上介于两个亲本种之间，少数性状表现为超亲分离、类似于某个亲本或无种间差别；第三，在多数性状上，和亲本种相比，高山松群体都拥有较大的变异幅度。第四，在临近亲本种的群体中，高山松的形态特征更类似于所临近的亲本种。上述形态变异特征及其与气象、土壤、经纬度、海拔等因子间普遍的相关性，意味着生态选择在高山松成种过程中起了重要作用。总的来说，形态性状变异的总体模式揭示出：高山松在选择作用下的遗传和表型的精炼过程中已经形成了自身适应于高原环境的、稳定而有效的形态发育模式和资源利用方式，甚至是恰当的防御机制。 本研究通过云南松×油松的单交实验和油松×高山松部分双列杂交实验，检验了高山松及其亲本种间的杂交可配性。结果表明，就平均水平而言，高山松及其亲本种间的种间杂交结实可配性低于种内杂交，但个别种间杂交组合的结实可配性可能高于种间杂交；高山松及其亲本种间正在或已经形成了部分的合子后生殖障碍；现存的高山松群体及其亲本种间的生态地理隔离可能是很有效的生殖隔离形式，一方面做为合子前生殖隔离，它能避免种间相互传粉、阻碍种间杂交的发生，另一方面做为合子后生殖隔离，它能清除掉可能存在的劣势回交产物。 综合已有的证据，我们提出了高山松同倍性杂交物种形成模型：高山松的同倍性杂交成种是与青藏高原隆升过程以及隆升过程中所产生的全新生态空间紧密相关的；青藏高原隆升导致了生态环境的剧变，创造了全新的生态位，在选择的作用下，拥有综合了双亲遗传基础的杂种基因型开始占领这个全新的生态位；在分化的生态选择的持续作用下，杂种基因型在新的生境下稳定下来，形成了独立于亲本种的资源利用方式、形态特征和繁育系统，具备了完善的生殖和生态适应性；此时，一个与亲本种间以生态隔离存在的同倍性杂交种－高山松形成了；随着分化的生态选择的持续进行,高山松与亲本种间的内在生殖隔离不断加强。

青藏高原不同构型克隆植物对资源供应的表型反应

克隆植物，尤其是丛生禾草（如紫花针茅（Stipa purpurea Griseb）、丝颖针茅（S. capillacea Keng））和根茎苔草（如青藏苔草（Carex moorcroftii Falc. ex Boott）、窄叶苔草（C. montis-everestii Kük.）），在环境条件非常特殊的青藏高原高寒草原生态系统中，作为建群种或优势种而存在。本文利用控制实验研究不同构型克隆植物对资源供应的表型反应。 源于典型草地和灌木地的窄叶苔草和丝颖针茅对养分添加和光照处理产生广泛的表型反应。植物生长型影响分株数、比叶面积和叶鞘长度对光照强度的可塑性，源生境改变分株数、植株生物量和根茎总长对光照强度的可塑性。各性状对养分水平的可塑性反应均不受生长型和源生境的影响。游击型克隆植物窄叶苔草对高度异质性的灌木生境有较强的适应能力，而密集型克隆植物丝颖针茅的生长受生境的影响较小。 青藏苔草和紫花针茅对养分供应表现出了高度的表型可塑性。种群类型对少数性状有显著影响;除生物量分配和光合特征外，其它许多性状在基因型间有显著分化;除根茎生物量分配外，没有检测出表型可塑性的遗传分化;表型性状间有着广泛的表型整合及可塑性整合，并且整合格局随养分添加范围而变化，在种间也存在整合格局的差异。青藏高原高寒草原上强烈、稳定而持续的选择压力，以及一些与适合度相关的性状间的表型整合和可塑性整合可能对表型可塑性的进化有一定的限制作用。反应规范分析显示，高寒生境的克隆植物可能具有既能利用高养分环境，又能在低养分环境下维持生长的能力，这是植物适应养分环境变化的重要对策。 青藏苔草和紫花针茅的表型反应主要受养分供应量的影响，对由等量养分不同供应频次组成的实验处理的反应并不显著。青藏苔草的分株均重、叶片长度、比根长、根茎生物量分配和紫花针茅的比根长等性状在基因型间存在遗传分化;青藏苔草的分株数和总干重，以及紫花针茅的总干重和总根长表现出表型可塑性的遗传分化。比根长、根茎生物量分配等性状的遗传变异，以及这些性状的表型可塑性和可塑性的遗传变异对于不同基因型适应不同养分供应格局可能具有适应意义。 总之，青藏高原克隆植物对资源供应表现出了高度的表型可塑性，多数表型性状在不同基因型间存在显著的遗传分化，但表型可塑性的遗传分化相对有限。克隆植物可能通过遗传变异和表型可塑性适应异质性资源分布环境。表型可塑性及其遗传变异仍需要更多的研究，以便深入理解其适应性进化。

青藏苔草和紫花针茅形态结构及其生态适应性

为了研究高原植物对青藏高原特殊环境的适应机制，本文选取青藏高原高寒草原优势物种紫花针茅和青藏苔草作为研究物种，运用数量分析的方法对它们的形态结构及生态适应性进行了研究。试图通过对环境因子和这些形态结构变化之间的关系进行分析以找出这两种植物是如何适应严酷的环境以及这两种具有不同克隆生长方式的植物是否具有不同的适应机制。 2004年8月，我们沿青藏公路设置一条从西大滩到羊八井的样带，并进行取样。样带的生态特征从南到北变化较大：海拔从4586m上升到4901m，生长季降水量从384.0cm下降到202.2cm，生长季月均温从5.1℃下降到1.4℃，生长季月均相对湿度从65%，下降到54%，生长季蒸发量从1242cm下降到798cm，生长季月均风速从2.4m/s增大到4.0m/s。将采集的植物叶片材料制成石蜡切片，采用番红固绿对染，在显微镜下观察测量。同时研究了青藏苔草的根茎特征。数据分析中运用了变异系数比较，多重比较，相关分析和回归分析被用来分析结构变化及其与生态因子的关系。 结果表明，两物种的叶片结构特征在不同环境中的种群间存在显著差异。总体上，青藏苔草的保护组织、光合组织以及综合指标变异系数明显大于紫花针茅的，仅输导组织相关指标的变异系数小于紫花针茅的。这些结果表明，在叶片结构水平上青藏苔草比紫花针茅具有较大的可塑性，也意味着青藏苔草对生态因子变化的潜在适应能力可能较紫花针茅强。 紫花针茅和青藏苔草的大部分叶片结构特征与其生存环境的生态因子间存在着线性回归关系：紫花针茅叶肉细胞大小随土壤有效K含量增高而减小;下表皮厚度和韧皮部面积随生长季云盖度增高而增大;单一导管半径和导管平均面积随生长季月均湿度的增加而增大;青藏苔草上表皮细胞厚度随生长季月均最低温的降低而增厚;泡状细胞厚度随大陆度的增强而增加;上表皮细胞大小随土壤pH的增大而增大;导管总数和韧皮部面积随土壤速效P含量的增高而增加;气腔总面积随土壤有效K含量增高而增大。 青藏苔草分枝方式为典型的合轴分枝。分株间由埋藏在地下的匍匐根状茎连接，其扩展方式不呈直线形。青藏苔草喜沙质土，其根茎一般分布在沙土中10cm以下，在部分通气性能良好的风成沙丘或沙地，深度可超过50cm，间隔子长度依生境的不同而变化很大，短的仅约3cm，而长的可达2m多。 青藏苔草的间隔子长度和节间长度随有效温度的增加而减小，根茎每间隔子节间数随降水的增加而减少，在较低有效温度下和较低水分供给的情况下单位面积分布的克隆分株数量较少，在较高有效温度下和较高水分供给的情况下单位面积的克隆分株数量分布较多。这种变化趋势有助于青藏苔草有效迅速地占领条件适合的生境，充分利用生境内的各种资源，扩大种群;在不利条件下，青藏苔草则减少单位面积内克隆分株的分布，以适应不良生境。

青藏高原过牧草地上灌木种类和分布对小尺度植被格局的影响

植物种间作用是决定物种分布、种群动态、群落演变和生态系统功能的重要因子。长期以来，相关研究集中在竞争作用上。然而自1990年代以来，易化作用逐渐受到重视，被认为是植物群落中物种共存的主要推动力，尤其是在极端和受到干扰的环境中。很多研究都揭示出植物对其他特定的物种产生直接或间接的正向的作用。护卫植物主要通过两种机制对临近的物种产生正向作用，即对恶劣的自然环境的改善和对高强度干扰的阻止和减轻。灌木在很多条件下能够成为护卫植物，影响种群的分布、群落的多样性和生态系统的功能。 中国西南部的青藏高原的牧场上，非生物的环境胁迫（比如生长季短暂、辐射强度大和极端温度等）和生物的干扰作用（比如过度放牧等）都很强。有文献表明，随着过度放牧现象的加重和草地的不断退化，灌木的分布有逐渐扩大的趋势。针对灌木对过度放牧草地上小尺度植被格局的影响，我们在若尔盖地区展开了以下两方面的研究。 为了研究不同种类灌木的影响，我们在若尔盖高原上选择了既具有恶劣的自然环境又遭受过度放牧压力的草地，对三种灌木内外的相同大小面积上小尺度范围内的植被进行调查。三种灌木分别是高山绣线菊、窄叶鲜卑花和金露梅，它们在形态结构、高度和可食性上都存在差异。在不考虑灌木种类的基础上，我们发现物种丰度、总盖度、开花的物种数和花序数都是灌木内部高于外部，而均匀度则恰好相反，是外部要高于内部，香农多样性指数内外没有明显的差异。金露梅灌丛中内外物种丰度和均匀度的差异要明显高于窄叶鲜卑花，但是总盖度、开花的物种数和花序数的差异不随着灌木种类的不同而有明显的差异。大多数的物种（占总物种数的47-85%）并没有因为灌木的存在而在内外出现的频数上表现出差异，而相当一部分物种（占总物种数的13-39%）在灌木外部的频率要高，仅仅有很少的物种（占总物种数的3-13%）因为灌木的存在而受益，内部的频数要高于外部。这种对某些物种的保护作用没有表现在群落水平上，即提高群落的物种丰富度和多样性，因为同时发生的灌木和其他植物的竞争作用也会限制以致排除冠层下面某些物种的存在。灌木的可食性和形态结构（比如盖度、高度、冠层的紧实度等）能对它们跟其他植物的相互之间净作用的类型和强度产生影响。不同的灌木能保护不同种类、不同数量的植物，表明易化作用是物种特异性的，跟护卫植物有关，也跟受益者有关。通过植被的排序，金露梅和高山绣线菊内外的植被得到了很明显的分离，而窄叶鲜卑花的则没有。总体上来说，灌木的存在确实能够通过提高出现或开花的频率，保护了某些对放牧比较敏感的物种，而且这种易化作用是物种特异性的。内外植被的差异在放牧压力最大的金露梅灌丛中最大，表明过度放牧导致的大尺度的植被状况对于小尺度上灌丛内外的植被的差异所起的作用比灌木种类的作用更大。 为了研究同种灌木不同的分布类型对植被格局的影响，选择金露梅作为目标灌木。金露梅是当地常见灌木，有的植株孤立存在，有的则是很多株联合形成比较大的斑块。我们选择金露梅形成的斑块中央、外沿金露梅植株内部、外围和孤立的金露梅植株内部、外部五个位置，并在小尺度上进行了植被调查和比较，发现金露梅的存在确实保护了一些物种，但是种类有限，反而是大部分的物种在外部的频数要高与内部;从群落水平来看，金露梅冠层下的植被从丰富度、多样性上来讲并没有超过外部，仅仅是具有更高的均匀度和同质性;生殖方面的结果也是类似的，而且大部分物种跟其分布呈现出基本类似的格局。金露梅斑块的存在和自然围栏的产生没有起到很明显的保护作用，并没有使得斑块中央植被的丰富度、多样性、均匀度提高，而仅仅是提高了植物的长势（表现为具有较高的总盖度等）;在物种水平，没有发现什么特异种的存在，仅仅发现能够促进一些物种在内部的生长或开花，而且比例很低。在这种效应的影响下，斑块边缘的金露梅相对于孤立的金露梅而言，也没有表现出更好的保护植被的能力。几乎所有的群落水平的指标都仅仅是受到灌木内外这个因素的影响，而两种分布格局（即：在斑块边缘和孤立存在）的影响是微乎其微的。植被排序的结果也充分证明了这一点，灌木内外的植被被明显的分离开来，而不同灌木中相应位置的植被则是混杂在一起。并且在物种水平上，除了极个别的物种之外，绝大部分物种内外的差异是是一致的，没有受到灌木分布格局的影响。即使个别物种具有不同的格局，也没有证据表明是受到了斑块中央植被的影响而产生的。

青藏高原东北部祁连圆柏树木年轮学研究中的年龄与个体生长问题

树木年轮的生长与气候因子、立地环境条件以及树木自身生长节律等密切相关。一方面，干旱半干旱区的树木年轮宽窄能够比较真实地记录过去的气候变化，据此，可以利用树木年轮资料重建干旱半干旱区过去几百年甚至上千年的气候变化。另一方面，立地环境条件也可能改变年轮生长与气候因子之间的响应关系。 有“世界屋脊”之称的青藏高原地区的气候变化与亚洲季风及全球气候系统密切相关。青藏高原也是世界上地形最复杂的高原，具有极其复杂的地形、地貌。因此，在青藏高原尤其是其东北部的干旱半干旱区开展树木年轮气候学及生态学研究具有极其重要的意义。本研究的目标就是利用树木年轮生态学方法研究树龄、立地条件等对青藏高原东北部祁连圆柏树木年轮宽度生长的可能影响。 为实现以上目标，本研究拟订了以下主要研究内容：探究祁连圆柏树种的年轮宽度生长对气候的响应关系中的年龄问题;比较每个样方内的个体径向生长变化以及三个样方内祁连圆柏个体径向生长规律;探讨导致个体径向生长差异的可能原因。 本文的研究材料为青藏高原常见的长寿树种祁连圆柏，研究方法是国际上通用的树木年轮学研究方法和手段。主要结果归纳如下： 1）依据国际树木年轮库的标准，建立了青藏高原东北部包括德令哈、乌兰、香日德、油葫芦、青羊沟、芒扎、东沟七个采样点的树木年轮年表。 2）运用响应函数、相关函数及单因素方差分析等方法分析了年龄因素对树木年轮生长与气候关系的可能影响。结果为：年龄在200-500年之间的祁连圆柏径向生长对气候变化的响应关系比较好。幼树对气候变化的响应相对差。而当树龄大于500年时，尽管由于树木内部生理变化，对气候变化的响应相对减弱，但是单因素方差分析结果显示这种减弱未能达到显著水平。因此，总体而言，我们认为长寿的祁连圆柏树种是重建古气候的理想材料。 3）通过设立样方，分析了样方内个体径向生长之间的相关性和差异性，以及生长释放与抑制事件发生的规律。同时还探讨了树间距离、立地微环境、限制性气候因子等对树木年轮生长的可能影响。主要研究结果：青藏高原东北部祁连圆柏年轮宽度序列中生长抑制事件发生的频率相对生长释放事件低很多，且存在个体间的差异;不同样方内个体径向生长之间的相关性有差别，乌兰样方内单棵树年轮宽度指数序列之间的相关性比香日德样方以及德令哈样方内单棵树年轮宽度指数序列之间的相关性差;乌兰样方内树木年轮生长受立地微环境的影响比较大。 本论文中年龄相关的树木年轮生长与气候因子响应关系的研究进一步证实了祁连圆柏在重建古气候方面的应用价值;通过设立样方进行祁连圆柏种群内个体差异及立地条件对比方面的研究结果对重建青藏高原地区的气候变化、了解采样地的干扰历史以及树木年轮采样工作等也同样具有重要的参考意义。

增温与土地利用变化对青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量影响的研究

随着青藏高原气候变暖进程及放牧压力与开垦面积的逐年加大，非常有必要评价青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量对气候变暖、放牧（包括粪尿斑）和开垦的响应和反馈。与此同时，我们进行了粪尿斑及开垦对土壤理化性质影响研究。本研究对于青藏高原高寒草甸C、N循环关键过程对全球变化响应的认识具有重要意义。 本文通过2年（2006-2007）增温（白天+1.2℃，晚上+1.7℃）与放牧耦合试验，在生长季观测了增温与放牧对高寒草甸生态系统温室气体通量的影响。研究初步表明，增温试验显著增加10 cm土壤温度1℃左右；在放牧频度相对较高的2007年，放牧也显著增加了土壤温度1℃左右。总体上，增温对土壤湿度的影响不显著。 增温可以促进土壤对CH4的吸收，而放牧对CH4通量影响不大或起到一定程度抑制作用。在较低放牧频度的2006年，放牧显著降低了植物-土壤系统CO2总释放量，增温促进了CO2的释放。而在放牧频度相对较高的2007年生长季，没有发现增温及放牧对土壤-植被系统CO2释放显著的影响。2006年放牧后，增温促进了高寒草甸土壤N2O的释放；2007年，增温不放牧小区N2O总通量较对照增加了24.6%，同时放牧处理也促进了N2O释放。基于土壤温度和土壤湿度的线性回归模型可以解释55%-89%的CH4通量变异，而土壤湿度较土壤温度对CH4通量影响更大。土壤温度是影响CO2和N2O通量的主要因子，通过拟合的指数型曲线，土壤温度可以分别解释43%-63%CO2通量变异与65%-81%N2O通量变异。 在2005年与2006年夏季放牧期间，对牦牛粪尿斑处理对高寒草甸CH4、CO2和N2O通量进行了观测。牛粪小区2年观测期内CH4平均通量为687 μg m-2 h-1，而尿斑和对照土壤吸收CH4（平均通量分别为-34 μg m-2 h-1和-39 μg m-2 h-1）。牛粪小区CO2在2005年和2006年观测期内累积释放量较对照分别增加了35.8%和49.7%，而牛尿小区与对照累积释放量差异不显著。牛尿与牛粪小区N2O累积释放量显著高于对照，在2005年牛尿与牛粪小区N2O累积释放量较对照分别增加了3.7和3.5倍，而在2006年分别增加了2.1和1.8倍。因此，在估算放牧高寒草甸生态系统N2O释放时，来自牛粪斑释放量是不能被忽略的。但在中等放牧强度下（1.45头ha-1 y-1），有粪尿斑覆盖的高寒草甸在观测期内全球变暖潜势较相同面积没有粪尿斑覆盖的草甸仅增加了1%。土壤水分孔隙度（WFPS）可以解释牛尿小区35%和对照小区36%CH4通量变异。土壤温度是控制CO2释放的主要因子之一，它可以解释所有处理40-75% CO2的变异。牛尿处理（34%）、牛粪处理（48%）及对照（56%）N2O时间变异则同时受土壤温度和WFPS的驱动。在观测期内，牛尿可以显著提高土壤的pH值。粪尿斑对土壤微生物量碳氮没有产生显著性影响，但在一定时段内能显著增加土壤无机氮含量。 通过在青藏高原高寒草甸开展的人工草地试验，初步探讨了不同土地利用方式（种植燕麦、开垦后闲置及自然恢复）对CO2、CH4和N2O通量，以及土壤无机氮和微生物量氮的影响。燕麦地、自然恢复草地及开垦闲置地与天然草地相比，吸收CH4的能力均表现为增强（CH4的吸收总量分别增加了31.9%、57.2%和71.0%）。由于燕麦地生物量低于天然草地与恢复草地，造成了燕麦地土壤-植被CO2释放量低于天然草地和恢复草地。而闲置地几乎没有植被覆盖，其CO2释放量显著低于天然草地。草地恢复8年后，CO2释放基本恢复到天然草地的水平。闲置地N2O总通量显著高于天然草地，较天然草地增加了60.5%。观测期内燕麦地与天然草地相比，N2O总通量增加了24.3%，但没有达到显著性水平。开垦及种植燕麦，增加了土壤硝态氮的含量，而自然恢复地、燕麦地、天然草地和闲置地在观测期内土壤铵态氮平均含量没有观察到显著性差异。燕麦地土壤微生物量氮平均含量最低（119.7 mg N kg-1），而自然恢复草地、天然草地和闲置地土壤微生物量氮差异不大。

Y chromosome haplotypes reveal prehistorical migrations to the Himalayas

By using 19 Y chromosome biallelic markers and 3 Y chromosome microsatellite markers, we analyzed the genetic structure of 31 indigenous Sino-Tibetan speaking populations (607 individuals) currently residing in East, Southeast, and South Asia. Our results showed that a T to C mutation at locus M122 is highly prevalent in almost all of the Sino-Tibetan populations, implying a strong genetic affinity among populations in the same language family. Furthermore, the extremely high frequency of H8, a haplotype derived from M122C, in the Sino-Tibetan speaking populations in the Himalayas including Tibet and northeast India indicated a strong bottleneck effect that occurred during a westward and then southward migration of the founding population of Tibeto-Burmans. We, therefore, postulate that the ancient people, who lived in the upper-middle Yellow River basin about 10,000 years ago and developed one of the earliest Neolithic cultures in East Asia, were the ancestors of modem Sino-Tibetan populations.

Assessment of cattle genetic introgression into domestic yak populations using mitochondrial and microsatellite DNA markers

Hybridization between yak Poephagus grunniens and taurine Bos taurus or indicine B. indicus cattle has been widely practiced throughout the yak geographical range, and gene flow is expected to have occurred between these species. To assess the impact of cattle admixture on domestic yak, we examined 1076 domestic yak from 29 populations collected in China, Bhutan, Nepal, India, Pakistan, Kyrgyzstan, Mongolia and Russia using mitochondrial DNA and 17 autosomal microsatellite loci. A cattle diagnostic marker-based analysis reveals cattle-specific mtDNA and/or autosomal microsatellite allele introgression in 127 yak individuals from 22 populations. The mean level of cattle admixture across the populations, calculated using allelic information at 17 autosomal microsatellite loci, remains relatively low (mY(cattle) = 2.66 +/- 0.53% and Q(cattle) = 0.69 +/- 2.58%), although it varies a lot across populations as well as among individuals within population. Although the level of cattle admixture shows a clear geographical structure, with higher levels of admixture in the Qinghai-Tibetan Plateau and Mongolian and Russian regions, and lower levels in the Himalayan and Pamir Plateau region, our results indicate that the level of cattle admixture is not significantly correlated with the altitude across geographical regions as well as within geographical region. Although yak-cattle hybridization is primarily driven to produce F-1 hybrids, our results show that the subsequent gene flow between yak and cattle took place and has affected contemporary genetic make-up of domestic yak. To protect yak genetic integrity, hybridization between yak and cattle should be tightly controlled.

The ADH1B Arg47His polymorphism in East Asian populations and expansion of rice domestication in history

Background: The emergence of agriculture about 10,000 years ago marks a dramatic change in human evolutionary history. The diet shift in agriculture societies might have a great impact on the genetic makeup of Neolithic human populations. The regionally restricted enrichment of the class I alcohol dehydrogenase sequence polymorphism (ADH1BArg47His) in southern China and the adjacent areas suggests Darwinian positive selection on this genetic locus during Neolithic time though the driving force is yet to be disclosed. Results: We studied a total of 38 populations (2,275 individuals) including Han Chinese, Tibetan and other ethnic populations across China. The geographic distribution of the ADH1B*47His allele in these populations indicates a clear east-to-west cline, and it is dominant in south-eastern populations but rare in Tibetan populations. The molecular dating suggests that the emergence of the ADH1B*47His allele occurred about 10,000 similar to 7,000 years ago. Conclusion: We present genetic evidence of selection on the ADH1BArg47His polymorphism caused by the emergence and expansion of rice domestication in East Asia. The geographic distribution of the ADH1B*47His allele in East Asia is consistent with the unearthed culture relic sites of rice domestication in China. The estimated origin time of ADH1B*47His allele in those populations coincides with the time of origin and expansion of Neolithic agriculture in southern China.

Phylogenetic study of complete cytochrome b genes in musk deer (genus Moschus) using museum samples

As an endangered animal group, musk deer (genus Moschus) are not only a great concern of wildlife conservation, but also of special interest to evolutionary studies due to long-standing arguments on the taxonomic and phylogenetic associations in this group. Using museum samples, we sequenced complete mitochondrial cytochrome b genes (1140 bp) of all suggested species of musk deer in order to reconstruct their phylogenetic history through molecular information. Our results showed that the cytochrome b gene tree is rather robust and concurred for all the algorithms employed (parsimony, maximum likelihood, and distance methods). Further, the relative rate test indicated a constant sequence substitution rate among all the species, permitting the dating of divergence events by molecular clock. According to the molecular topology, M. moschiferus branched off the earliest from a common ancestor of musk deer (about 700,000 years ago); then followed the bifurcation forming the M. berezouskii lineage and the lineage clustering M. fuscus, M. chrysogaster, and M. leucogaster (around 370,000 years before present), interestingly the most recent speciation event in musk deer happened rather recently (140,000 years ago), which might have resulted from the diversified habitats and geographic barriers in southwest China caused by gigantic movements of the Qinghai-Tibetan Plateau in history. Combining the data of current distributions, fossil records, and molecular data of this study, we suggest that the historical dispersion of musk deer might be from north to south in China. Additionally, in our further analyses involving other pecora species, musk deer was strongly supported as a monophyletic group and a valid family in Artiodactyla, closely related to Cervidae. (C) 1999 Academic Press.

Cytogenetics, morphology and evolution of four subspecies of the Giant Sheep argali (Ovis ammon) of Asia

Dalai-lamae (Ovis ammon dalai-lamae), Gobi (O. a. darwini), Kara Tau (O. a. nigrimontana) and Tibetan (O. a. hodgsoni) argali share a 2n = 56 diploid chromosome number and a karyotype consisting of 2 pairs of biarmed and 25 pairs of acrocentric autosomes, a large acrocentric X and a minute Y chromosome. The Giemsa-banding patterns of the largest pair of biarmed chromosomes were identical to those of the largest biarmed chromosomes in all wild sheep and domestic sheep of the genus Ovis. The banding patterns of the second pair of biarmed chromosomes (metacentric) were identical to the third pair of biarmed chromosomes in Ovis with 2n = 54 and to the third largest pair of chromosomes in the 2n = 52 karyotype of Siberian snow sheep (O. nivicola). The G-banded karyotypes of dalai-lamae, darwini, hodgsoni and nigrimontana are consistent with all subspecies of argali (O. ammon), except that the Y chromosome is acrocentric instead of metacentric as typical of the argaliform wild sheep and Ovis. The Dalai-lamae and Tibetan argali specimens exhibit the light-colored, long-haired ruffs and body coloration typical of argalis from the Tibetan Plateau. The Gobi argali, from the extreme western Gobi, is similar to the dark phase argali.

Melanocortin-1 receptor gene variants in four Chinese ethnic populations

There is strong relationship between melanocortin-1 receptor (MC1R) gene variants and human hair color and skin type. Based on a sequencing study of MC1R gene in 50 individuals from the Uygur, Tibetan, Wa and Dai ethnic populations, we discuss the occurre

Phylogeographic analysis of mtDNA variation in four ethnic populations from Yunnan Province: new data and a reappraisal

Two sets of mitochondrial DNA (mtDNA) hypervariable segment I (HVS-I) data from four ethnic populations (Tibetan, Va, Dai, and Lahu) from Yunnan Province, China, were analyzed here by using phylogeographic methods. The results suggest that more attention