藏麻黄与丽江麻黄的形态及遗传变异研究

麻黄属(Ephedra)起源较早，该属植物的形态性状极度退化或简化，可用于经典分类学的有价值的性状非常有限。分布于青藏高原的藏麻黄（E. saxatilis）和丽江麻黄（E. likiangensis）二者间形态相似，性状变异连续，很难分辨，但被《中国植物志》中、英文版作两个种处理。 本文对藏麻黄和丽江麻黄的七个居群、151个个体的叶、雌球花和节间长等形态学性状进行了分析，发现各性状的变异情况在群体间无明显差异。同时我们还对154个个体的叶绿体DNA trnT-trnF和 trnS-trnfM区进行了序列分析，两个片段的联合矩阵长1382bp，共有29个变异位点，其中有9个碱基变异和2个indel，可划分为H1、H2和H3三种单倍型。这3种单倍型在丽江麻黄中均有分布，但藏麻黄仅含H1和H2。 综合来自形态学和分子方面的证据，我们发现藏麻黄和丽江麻黄的关系非常近缘，因此建议予以合并。同时本文还以膜果麻黄（E. przewalskii）为外类群，从谱系生物地理学角度探讨了三种叶绿体单倍型的进化关系，发现H2最原始，分布最广;H1与其它两种单倍型间的序列差异较大，可能是较进化的类型。此外，无性克隆的繁殖方式可能是导致Ephedra单倍型非常简单的重要原因之一。

喀斯特植物适应高钙的方式与干旱及外源钙诱导基因的克隆和表达

喀斯特环境是一类发育在可溶性碳酸盐类岩石上的环境系境，其生境具有高钙和干早等特征。喀斯特生境中的优势/特征植物也多具适应高钙、耐旱的特性。旋蒴苣苔(Boea hygrometrica)是喀斯特地区一种典型的抗旱和适应高钙的植物。本文在探讨了喀斯特地区植物适应高钙环境的不同方式的基础上，从旋蒴苣苔中克隆了两个受脱水和外源Ca2+诱导表达的基因，并对其表达调控和蛋白质产物进行了分析。本研究将为治理西南喀斯特地区日益退化的生态系统提供理论基础。 本文测定了贵州4个地区采集地内45种优势/常见种的地上部分和地下部分的全钙含量以及土壤的交换性钙含量。通过分析喀斯特地区植物与土壤钙含量的特征发现：喀斯特地区植物具有较高的钙含量平均值；土壤交换性钙含量对植物地上部钙含量的影响总体上不显著，对植物地下部钙含量的影响显著；不同类别的植物钙含量存在显著差异，蕨类植物地上部钙含量平均值明显低于被子植物；不同类别植物的钙的分布部位也存在显著差异，在蕨类植物和单子叶植物中地上部和地下部的钙含量相近，而双子叶植物的地上部钙含量明显高于地下部。根据地上部分与地下部分钙含量的差异性以及与土壤交换性钙含量的相关关系将其中14种优势植物对土壤高钙的适应方式分为3种类型：随遇型，高钙型和低钙型。随遇型植物地上部和地下部的钙含量均与土壤交换性钙含量成显著正相关关系；高钙型植物具有较强的钙富集能力，其地上部即使在低钙含量的土壤中也可维持较高的钙含量；低钙型植物的地上部即使在高钙的土壤中亦可维持较低的钙含量。对贵州和北京等地采集到的旋蒴苣苔钙含量和土壤含钙量的分析发现，其地上部和地下部钙含量即使在高钙土中也呈低水平，推测可能是通过控制根部对钙的吸收和向上运输来维持低钙水平。 从旋蒴苣苔cDNA 文库中筛选到两个片段，经5’RACE 得到cDNA 全长，分别命名为BhOMT1 和BhC2DP1。BhOMT1 编码一个包含359 个氨基酸的蛋白质，蛋白序列分析表明BhOMT1 为植物O-甲基转移酶。BhOMT1 基因组序列包含一个内含子，与其同源基因的基因结构相似。BhC2DP1 编码一个包含154 氨基酸的小分子蛋白质，内含一个C2 结构域，该结构域在很多植物蛋白中均存在。通过5’RAGE 的方法分别克隆了1465bp BhOMT1 启动子序列和1113bp 的BhC2DP1 启动子序列，分析发现其中均含有多种逆境胁迫诱导元件。通过对BhOMT1 和BhC2DP1 表达分析和Western 杂交发现这两个基因均受脱水和外源Ca2+的诱导表达，表明这两个基因可能参与了旋蒴苣苔的脱水保护和对高钙环境的适应。

内蒙古温带草原群落结构和生态系统功能对火烧、氮素添加和地形的响应

我国北方温带草原是欧亚大陆草原生物群区的重要组成部分，对于区域和全球的碳循环和平衡起着重要的作用。频繁的自然或人为干扰能够改变草原生态系统的群落结构和生态系统功能，从而影响生态系统为人类提供的产品和服务。本研究选取位于内蒙古多伦县的半干旱温带草原，研究火烧、氮素添加和地形以及它们的综合作用对该地区植物生产力、植物多样性、盖度和土壤呼吸的影响；另外，我们比较研究了由于地形因素而存在于草原地区的林地群落与其邻近草地的碳氮库和循环；旨在探讨我国北方温带草原地区人为干扰对草原生态系统结构与功能的影响以及该地区林地和草地碳氮库和循环的差异机理，以期为模型模拟本地区的生态系统碳循环提供理论依据和数据支持，具体研究结果如下： 1. 2006–2008 年，通过研究植物多样性和盖度对地形、火烧和氮素添加及其交互作用的响应，结果表明：半干旱草原植物物种数、香农威纳指数、均一性指数和盖度均表现出显著的年际变化。坡下的物种数、香农威纳指数和均一性指数均低于坡上。坡下较高的羊草(Leymus chinensis)、冰草(Artemisia frigida)、唐松草(Thalictrum petaloideum)和冷蒿(Agropyron cristatum)的盖度导致坡下的群落总盖度、禾本科草和非禾本科草盖度分别比坡上高22.5%、9.6%和13.2%。春季火烧提高了物种数、香农威纳指数和均一性指数。火烧对群落总盖度影响较小是由于火烧后非禾本科草冷蒿盖度的降低抵消了禾本科草羊草、冰草和针茅(Stipa kryroii)盖度的增加。施氮肥后物种数、香农威纳指数和均一性指数均降低。禾本科草羊草、冰草和针茅以及非禾本科草唐松草盖度的增加导致施肥后群落总盖度、禾本科草和非禾本科草的盖度分别增加了23.6%、35.1%和21.2%。火烧对禾本科草和非禾本科草盖度的作用受地形和氮素添加的影响。地形、火烧和氮素添加对植物盖度的影响主要受土壤水分调控。 2. 2005–2008 年，通过研究净初级生产力(NPP)对火烧、氮素添加和地形及其交互作用的响应，结果表明：半干旱草原的NPP 具有显著的年际变化。火烧后地上净初级生产力(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)和BNPP/ANPP 分别增加了12.8%、22.2%和14.9%。ANPP 的提高是由于火烧后禾本科植物(主要是羊草、冰草和针茅)生物量的增加。与之相反，火烧降低了非禾本科草，特别是冷蒿的生物量。氮素添加提高了ANPP (54.8%) ，对BNPP 没有影响，导致施氮肥后BNPP/ANPP 显著降低(33.4%)。禾本科草羊草、冰草和针茅以及非禾本科草唐松草生物量的增加，是氮素添加提高ANPP 的主要原因。坡下的ANPP 和BNPP 分别比坡上高14.1%和8.2%，但地形对BNPP/ANPP 没有影响。坡下ANPP 的提高主要是由于坡下禾本科草羊草、冰草以及非禾本科草唐松草、冷蒿的生物量高于坡上。氮素添加和地形影响ANPP 和BNPP/ANPP 对火烧的响应。火烧、氮素添加和地形对NPP 和植物碳分配39%–75%的综合效应可由这三个因素的简单加和效应来解释。 3. 通过研究2005 和2006 年生长季内土壤呼吸对地形、火烧和氮素添加的响应，结果表明：坡下的季节平均土壤呼吸比坡上高6.0%。春季火烧在整个生长季内促进土壤呼吸，平均增幅达23.8%。另外，火烧对土壤呼吸的效应受到季节和地形的影响。施用氮肥增加了11.4% 的土壤呼吸。火烧和地形对土壤呼吸的影响主要受土壤水分和植物生长的调控；而施氮肥后土壤呼吸的增加，主要是由于氮素添加促进植物生长后根系活性和呼吸的提高。 4. 2006–2007 年，通过对林地群落及其邻近草原生态系统土壤温度、土壤水分、土壤机械组成、地上和地下生物量、凋落物现存量、土壤碳氮储量、土壤呼吸、氮矿化和土壤微生物生物量的比较研究，结果表明：林地的土壤温度比草地低5°C，而其土壤水分却比草地高3.1%(绝对差异)。尽管林地(11,928.1 g m–2)和草地(11,362.2 g m–2)的土壤碳储量差异不显著，由于林地较高的植物生产力导致其碳储量高于草地。与草地相比，林地具有较高的凋落物现存量及碳氮含量、土壤无机氮含量、矿化氮的累积量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤呼吸和微生物呼吸。草地和林地的氮矿化速率没有显著差异。由地形因素引起的水分差异对于调控林地和草地生态系统碳氮库和循环(土壤碳氮储量、BNPP、矿化氮的累积量)具有重要作用。林地与草地生态系统碳储量的差异影响了我国北方草原地区碳的评估。