三种兰科植物的保护遗传学研究

本研究在野外调查的基础上，采用随机扩增多态DNA (RAPD)分析和形态学方法，研究了我国三种珍稀濒危兰科植物硬叶兜兰（Paphiopedilummicranthum）、麻栗坡兜兰（P. malipoense）和独花兰（Changnienia amoena）的遗传多样性与群体遗传结构，主要结果如下： 1．采用1 2个引物对分布于我国云贵地区的4个硬叶兜兰群体共161个体进行RAPD扩增和分析，得出物种水平的多态条带百分率（PPB）为71.6%，Nci的基因多样度(h)为0.217，Shannon多样性指数（1)为0.3301;4个群体的平均多样性水平为PPB=45.2%，h=0.1457，1= 0.2204：低于远交兰花的平均水平。分子方差分析(AMOVA)表明，在总遗传变异中，群体间遗传变异占20.31%．群体内占79.69%;POPGENE给出的基因分化系数 （Gst）为0.2958;遗传分化略高于远交物种的平均水平。空间自相关分析表明，所检测的两个群体中存在明显的空间结构，基因型在群体中以不同的小斑块存在。遗传距离和空间距离不存在相关关系。 2．用于麻栗坡兜兰的RAPD引物同上，但取样范围只有贵州的2个群体共10个个体。就所研究的个体柬看，麻栗坡兜兰的遗传多样性明显低于远交兰花物种的平均水平。物种水平上，多态条带百分率(PPB)为49.5%。Nei的基因多样度（h）为0. 1174， Shannon多样性指数(I)为0.1764：在群体水平上，上述三个指标的平均值则分别为12. 75%、0.0486和0.0712，均大大低于硬叶兜兰。然而，尽管作了种种努力，麻栗坡兜兰的取样个体数量仍很少，因此所得结果可能会有误差。 3．用16个引物对分布于河南、湖北、湖南、江西4个省11个独花兰群体共216个体进行了RA PD扩增和分析，独花兰在物种水平PPB=80. 7%，h=0.197．1=0. 3116;在群体水平，上述三个指标的平均值则分别为40. 9%、0.1247和0. 1902，均低于远交兰花的平均水平。AMOVA分析表明，11个独花兰群体间的遗传变异占43.48%，群体内的占56.52%：在神农架和新宁地区内部，群体间的遗传变异分别占13.68%和49.3g%(AMOVA)。POPGENE给出的11个群体的基因分化系数(Gst)为0.3580．神农架和新宁地区内的Gst，值分别为0.1194和0.2597。可见，群体间的遗传分化明显高于远交物种的平均水平。空间自相关分析表明，独花兰的遗传变异在群体内不存在明显的空间结构。群体之间的遗传距离和空间距离不存在相关关系。 4．对独花兰7个群体形态性状的分析发现，12个形态性状在群体内均有较高的变异性，cv值变动于0.022-0.30O。庐山群体(LS)在所有性状上的平均值均为最高。营养性状和花部性状的变异性基本一致。除花葶长和花距直径与某些花部性状之间没有显著的相关关系外，各性状之间均有显著的相关性。对XN4群体的统计没有发现假磷茎数目与其他性状之间存在显著相关性。 根据以上对硬叶兜兰、麻粟坡兜兰和独花兰遗传多样性和群体遗传结构韵研究，结合其他方面的资料;对三种兰花的濒危机制进行了初步的分析。首先，人为采挖和破坏是导致这些兰花物种濒危的直接原因，尤其是麻栗坡兜兰。其次， 适宜兰花生存的生境正在只益萎缩、退化和片段化。这两方面因素的共同作用导致上述兰花群体的数目和规模日益下降，由此引发的遗传多样性降低和遗传结构的改变进一步加剧其濒危状况。对于独花兰而言，较低的繁殖能力又使其生存状态雪上加霜。针对三个物种不同的繁殖特性和遗传学状况，提出如下保护措施。(1)硬叶兜兰由于繁殖能力较强、现存个体尚多，遗传多样性损失不甚严重，因此以保护其所在的生境为基础、实施原位保护，是比较合适的保护策略。(2)麻粟坡兜兰目前受破坏程度非常严重;所剩个体很少，遗传多样性较低，已经很难进行有效的原位保护。因此;应利用迁地保护手段抢救目前尚存的个体。(3)独花兰的繁殖能力较弱，因此在保护生境和严禁采摘的基础上，可采用人工授粉等方式，提高结实率、增加繁殖效率，促使其复壮：在进行迁地保护时，则应注意不同群体间存在较大遗传变异而群体内多样性较低这一现实。

光合细菌 Rhodopseudomonas capsulata BG-6 的分离、鉴定、生长特性及其氮素代谢的初步研究

本篇论文报道了从北京市高碑店地区污水中分离获得的一株光合细菌的鉴定过程。报道了对其生长特性，工厂发酵罐大规模生产进行研究的结果，报道了对该菌株氮素营养和氮素代谢特点所做的初步研究的结果。整个工作有利于今后系统研究该菌株的代谢特点和利用该菌株进行实际应用。

黄土高原植被恢复与新产业带形成的生态学基础研究

从生态地理背景论草地畜牧业产业在黄土高原农业可持续发展中的战略地位 黄土高原要实现生态与生产双赢的目标，契机是退耕还林还草，突破口是建立能兼顾生态生产协调发展的主导产业。从地形地貌、水热分布及自然植被特征的角度分析，黄土高原实施以农为主或农林牧综合发展的方略，均有悖于黄土高原生态地理背景。而草地畜牧业产业的生产要素及其过程在较大程度上吻合了黄土高原的生态地理背景，具有生态的适应性和生产的有效性，应作为黄土高原优化的生态生产范式建制中的主导产业。未来黄土高原产业的发展格局应该是以草地畜牧业为主导，农业和林业作为补充和完善的产业发展体系。此外，未来黄土高原草地畜牧业家畜养殖应以舍饲为主。 黄土高原自然植被演替过程中的物种特征与土壤养分动态研究 在3—149年的时间尺度上，对黄土高原自然植被次生演替过程中物种特征和土壤养分动态进行了研究。结果表明：1）随着演替时间尺度的延伸，土壤全C、全N含量呈增加趋势，而土壤全K、全Na和土壤pH值呈下降趋势，土壤全P变化趋势不明显;此外，表层( 0~10 cm)土壤Ca0含量呈下降趋势，深层( 20-30 cm，40-50 cm)则呈增加趋势。演替过程对土壤养分动态影响的程度随着取样深度的增加而减弱;2）植物群落物种丰富度在演替的中间阶段最高，后者对应于中等土壤养分水平;3）在演替的早期阶段，植物群落优势种往往具有稳定的土壤种子库，CR-生活史对策和S．繁殖对策，在贫瘠的土壤上具有较强的竞争能力;而具有较强的水平扩展能力和克隆繁殖能力，C-生活史对策、对土壤C，N具有较强竞争能力的多年生植物在演替中后期占据群落的优势地位。此外，在所涉及的物种生物学特征中，多年生生活史，C-、CR-、SC-、SR-、S．对策，以及R-、W-、Bs-、VBs-和V-繁殖对策等在非优势物种中有较高的出现频率。4）C-、 SC-对策，克隆能力，多年生生活史，水平扩展能力，种子的动物传播方式，秋季开花，荚果、坚果等特征的比例在一定程度上与土壤全C，全N和全K含量正相关; 而S一、SR-、R-、CR-对策，一、二年生生活史，种子繁殖，S．繁殖对策，以及胞果、蒴果等特征的比例与土壤全Na，Ca0含量和土壤pH正相关。在演替过程中出现的物种均属草本植物生活型，因此，草原可能是黄土高原上受制于大尺度环境条件（显域生境）下的优势植被类型（特别是降雨量不超过550 mm的地区）。 黄土高原植被恢复过程中几种优势植物叶片碳稳定性同位素和氮含量的动态特征 探讨了黄土高原植被恢复过程中六种优势植物叶片碳稳定性同位素(6 13C)和氮含量的季节动态、种间差异及其与植被恢复过程的关系。六种优势植物分别是猪毛蒿( Artemisia scoparia)，出现在演替的先锋阶段：达乌里胡枝子( Lespedeza davurica)，出现在演替的第二阶段;长芒草(Stipabungeana)、万年蒿(Artemisia gmelinii)和茭蒿(Artemisia giraldii)，出现在演替的第三阶段; 白羊草( Bothriochloa ischaemun)出现在演替的顶级阶段。六种优势植物叶片碳稳定性同位素比率分别是-26.89±0.66‰，-26.24±0.48‰, -26.21±0.49‰, -26.86±1.09‰, -27.61±0.39‰和-15 .81±1. 79‰;氮含量分别是2.36±0.63%，2.38±0.29%，2.0±0.29%，2.0±0.25%，1.50±0.37% 和1.24±0.19%。白羊草、长芒草、茭蒿和达乌里胡枝子叶片氮含量季节变化与土壤水分呈正相关．猪毛蒿和铁杆蒿叶片氮含量季节变化与土壤水分呈负相关。白羊草叶片δ 13C与土壤水分呈正相关，而其他5个优势种叶片δ 13C与土壤水分呈负相关。不同演替阶段优势种的δ 13C值和氮含量特征表明：处于演替顶级阶段的优势种具有最高的水分利用效率，净光合产量较低，但光合作用动态对土壤水分的季节波动表现出较强的可塑性;相反，处于先锋阶段的优势种水分利用效率较低，叶片净光合产量较高，光合作用对土壤水分波动的可塑性较低。本文的主要结论是：黄土高原植被恢复过程中处于不同演替阶段的优势种无论是在叶片δ 13C，氮含量均存在差异。优势种叶片δ 13C和氮含量季节动态反映了不同物种在环境（主要指土壤水分）波动条件下的生理生态对策。具有最高的水分利用效率（而非最高光和能力）和最高光合可塑性的物种将成为黄土高原自然植被顶级植物群落中的最终统治者。 黄土高原草地畜牧业产业形成与发展的牧草生产力基础 遵循生产-生态兼顾的原则，在黄土高原197个区县土地利用方式重新规划的基础上，对支撑黄土高原畜牧业产业形成与发展的牧草生产潜力进行了分析预测。结果表明：规划的牧、林、农、果用地占生产用地的比例分别是草地44%、林地22%、基本农田20%、果园14%; 197个县区预测的总牧草生产潜力达1，0488，1028t.y-l，可载畜1，0488，1028个羊单位．y-1。按1999年不变价格计算，黄土高原预测的畜牧业总产值将达到524，4051万元．y-1，是1999年畜牧业总产值的5.3倍，超过1999年黄土高原农业总产值14 %。农业人口人均预测畜牧业产值大于1000元的区县占59%;小于1000元的区县占41%。此外，黄土高原预测的农业总产值将达到1147.2234亿元RMB.yr-1。畜牧业、果业、林业和基本农田产值占农业总产值的比例分别是46%、27%、14%和13%。随着畜牧业产业链的逐步建立与完善，产业发展布局的日趋合理，黄土高原畜牧业生产总值将有较大幅度的提高。黄土高原草地畜牧业蕴藏着巨大的发展潜力，有望成为黄土高原优化的生产．生态范式建制中的主导产业。

大巴山两种水青冈林的群落特征分析

水青冈林是欧洲、北美东部和日本温带地区最主要的地带性植被之一。在我国，水青冈林仅分布在亚热带山地。因此，无论其物种组成，还是其群落特征都具有明显的区域特点。然而，有关我国水青冈林群落特征的研究还相对较少。大巴山是我国水青冈林分布最集中的地区之一，保存有较大面积的原始水青冈林。本文通过样方调查和植物群落数量特征统计分析的方法，研究了当地巴山水青冈群落和米心水青冈群落的物种多样性特征和群落结构与动态。主要结果如下： 巴山水青冈群落7个样地中，共记录到维管束植物77科、142属、217种。乔木层以壳斗科、杜鹃花科等科为主;灌木层以蔷薇科、忍冬科以及乔木树种的幼树为主;草本层以苔草属植物及普通鹿蹄草占优势。群落区系地理成分划分为16个类型及亚型。不同多样性指数的大小在不同层次有所不同。阳坡、半阳坡的物种多样性高于阴坡;不同层次的物种多样性与海拔、土壤特征的回归关系不同。群落建群种和乔木层主要树种的重要值与物种多样性主要表现为负相关关系。灌木层物种多样性主要受到环境因素的影响，而乔木层和草本层物种多样性更明显地受到环境因子和群落自身特征的双重影响。 巴山水青冈群落的乔木层成层明显。根据树冠高度分布可以将其划分为两个亚层，第一亚层高度约为19-27m，第二亚层高度约为5-9m。高位芽植物在群落生活型谱中所占比例最高，其次是地下芽植物、地面芽植物、一年生植物和地上芽植物。巴山水青冈的株数－高度、株数－胸径分布曲线均呈现两头高、中间低的格局，中间高度和中间径级的植株数量很少。 米心水青冈群落4个样地中，共记录到维管束植物74科、140属、197种。乔木层以壳斗科、蔷薇科等科为主;灌木层以蔷薇科、忍冬科等占优势;草本层主要由莎草科、菊科和百合科等科组成。群落的区系地理成分一共划分为18个类型及亚型。除物种丰度外，物种多样性各个指数的顺序均为草本层>乔木层>灌木层。乔木、灌木、竹子的多度和盖度（乔木的盖度以胸高面积代替）均与物种多样性密切相关。 根据树冠高度可将米心水青冈群落的乔木层划分为两个亚层，第一亚层高度约为16-22m，第二亚层高度约为5-9m。近半数乔木物种在群落中呈簇生状。生活型谱中，高位芽植物占优势，其次是地下芽植物、地面芽植物、一年生植物，没有地上芽植物。米心水青冈的实生幼苗十分匮乏，幼树以萌生树为主。其株数－高度、株数－胸径分布曲线呈递减趋势，幼龄个体数＞中龄个体数＞老龄个体数。

沿水分梯度草原群落NPP动态及对气候变化响应的模拟分析

水分条件不仅影响半干旱区群落的组成，而且在一定程度上决定了群落的功能。处于不同水分条件生境下群落的优势物种在水分利用和同化物利用效率方面的功能特征会存在差异，这些差异将导致群落对于气候变化产生不同的响应，进而影响到景观和区域尺度上对于全球变化下碳动态和格局的分析。本研究选取了锡林河流域典型草原区沿水分梯度的四个代表群落，在野外实验测定并结合长期定位研究成果基础上，利用BIOME-BGC模型对代表群落的长期净初级生产力(NPP)动态进行了模拟和模型验证。通过分析该地区1953~2005年气候变化趋势，推测了未来可能的气候变化情景，进而模拟了气候变化下四个群落长期NPP动态的响应。 野外实验分析表明，在四个群落中，净光合速率与光合有效辐射呈单峰曲线关系，与温度和蒸气压亏损(VPD)成反比，叶片氮含量和比叶面积也会影响到光合能力。四个群落由于水分与土壤条件的差别，净光合速率随VPD与温度的变化表现出不同的增减幅度。将日变化分为四个阶段，分别为大致在6:00~8:00左右的低温高湿阶段，10:00~16:00的高温低湿阶段，16:00以后的低温低湿阶段和低温高湿阶段变为高温低湿阶段过程中的适温适湿阶段。在每个阶段中，影响羊草光合速率的主导因子是不同的。在不同的水分与土壤状况下，羊草的光合特性表现出明显差异，但总体说来水分仍是光合作用的主导因子。 模型模拟结果表明，当前气候条件下，羊草群落NPP平均值为197.76 gC m-2 (SE=7.11)，大针茅群落NPP平均值为198.95 gC m-2 (SE=6.41)，贝加尔针茅群落NPP平均值为210.41 gC m-2 (SE=7.87)，克氏针茅群落NPP平均值为144.92 gC m-2 (SE=4.64)，四个群落NPP平均值为188.01 gC m-2 (SE=3.72)。 日最高温度与最低温度在1953~2005年间都明显增加，而降水变化很大。温度增加下(P0T1)NPP平均下降14.2%，降水增加下(P1T0)NPP平均增加13.2%，温度与降水都增加情景下(P1T1)NPP平均下降2.7%。在半干旱区，降水是NPP变化的主要限制因子，而温度通过影响了植物的呼吸与蒸散作用对NPP产生影响。 由于生境水分条件差别和优势物种功能特征差异，四个群落在气候变化中表现出对温度与降水不同的敏感程度，这与水分胁迫系数WSI、碳胁迫系数CSI变化密切相关。克氏针茅群落由于所处生境水分条件差，水分胁迫系数高，对降水的依赖程度最大;贝加尔针茅群落一方面处于较好的水分生境，具有相对较小的水分胁迫系数，另一方面，由于具有高碳氮比，维持呼吸消耗的光合产物比例低，碳胁迫系数远低于其它三个群落，未来气候变化下NPP较其它三个群落仍较高。

杜鹃花属(Rhododendron)种间亲缘关系及小枝异速生长分析

杜鹃花属(Rhododendron)植物种间有着丰富的遗传变异，表型变异并不能完全或真实地反映遗传变异，需要利用信息大分子(DNA)的变化来评价其亲缘关系及系统发育。当年生小枝作为一个独立的构件单元，是植物体上最有活力的部分之一，具有重要的生态学意义。本文以杜鹃为材料，首先全面分析了杜鹃花属种间亲缘关系和小枝功能性状间的关系(异速生长)，然后对小枝水平功能属性间的关系进行系统独立比较分析研究，同时验证小枝异速生长关系。 选取23种杜鹃花属植物为材料，利用ISSR分子标记手段对其种间的亲缘关系进行研究和评价，结果发现：1) ISSR位点变异丰富。通过10条ISSR随机引物对供试的混合DNA样品进行分析，共检测到207个标记，其中多态性标记为197个，多态百分率为95.17%，种间表现出丰富的遗传多样性;2) 对ISSR产物进行统计分析的聚类分析结果同传统分类的结果基本一致。说明，ISSR分子标记技术在构建系统发育树方面具有较高的成熟性和可靠性。 本研究还对42种杜鹃花属植物小枝的功能属性进行了异速生长分析，结果发现：1)小枝大小对叶片生物量分配比率的影响不显著，SMA斜率为1.040 (95%的置信区间(CI)=0.998～1.085);但是，小枝越大，叶柄生物量分配比例越高(SMA斜率为1.245，显著大于1.0，呈显著的异速生长关系);2)小枝越小，单叶面积越小(支持Corner法则)，单位质量小枝所支持的叶面积越大，即具有较小枝条和较小叶片的物种可能具有较高的叶面积支持效率。结果有助于更好地理解亲缘关系十分接近的杜鹃花属植物，在不同生境条件下叶片大小的差异，以及在胁迫生境条件下小叶物种更为常见的原因。 此外，本文利用系统独立比较方法结合传统种间比较方法对23种杜鹃植物小枝进行异速生长分析，其中这23种杜鹃是前两方面研究的共有材料。系统独立比较分析分别依据ISSR得出的系统关系和中国植物志提供的系统关系构建两种系统树。结果表明：1)系统独立比较与种间比较分析得出的相关性结果一致;2)两种系统树所得的独立比较分析结果基本一致，相关性均达到极显著水平，即这两种方法作为构建系统树的依据是一致的。