钻地风属和冠盖藤属（虎耳草科）的分类学修订

钻地风属（Schizophragma Siebold & Zucc.）和冠盖藤属（Pileostegia Hook. f. & Thomson）隶属于虎耳草科绣球花亚科绣球花族植物，分布于东亚。本论文对钻地风属和冠盖藤属进行了全面的分类学研究：重点分析了钻地风属和冠盖藤属各形态性状的变异式样，确定了二属的性状变异范围;在光学显微镜下，对钻地风属中6种5变种和冠盖藤属中2种共130份材料的叶表皮特征进行了深入、全面的观察和研究;并对二属的叶脉序特征进行了研究。结果显示，苞片存在与否、不育花存在与否、花瓣顶端是否联合、蒴果和种子的形状、叶片质地、生长习性、表皮细胞垂周壁加厚与否、气孔器分布、类型、气孔大小、保卫细胞轮廓、外拱盖是否双层、二级脉、三级脉、高级脉及网眼等特征在属的水平上具有重要的分类学意义，这些性状特征支持将钻地风属和冠盖藤属作为两个独立的属处理。根据形态性状及叶脉序特征推测，冠盖藤属较原始，钻地风属较进化。在钻地风属中，叶片毛被的有无及类型、叶片形状和叶缘的形状等特征可作为可靠的分种依据;叶表皮特征在种及种下等级具有重要的分类学意义;叶脉序多呈现环节曲行羽状脉式样，二级脉具分枝，在种间存在细微差别。根据形态性状及叶脉序特征推测，厚叶钻地风S. crassum Hand.-Mazz.和白背钻地风S. hypoglaucum Rehder可能为钻地风属中较原始的类群，秦榛钻地风S. corylifolium Chun和绣球钻地风S. hydrangeoides Siebold & Zucc.可能较进化。在冠盖藤属中，叶片毛被的有无及类型、叶片形状等特征可作为可靠的分种依据;该属中叶表皮特征相似，2个种间叶表皮特征无差异;叶脉序多呈现环节曲行羽状脉式样，二级脉无分枝，在种间差异极小。 作者在研究了近2000份腊叶标本的基础上，结合叶表皮特征和叶脉序特征，认为钻地风属和冠盖藤属为两个独立的属。首次对钻地风属和冠盖藤属进行了世界性的分类学修订，确认钻地风属含7个种、5个变种，冠盖藤属含2个种。对钻地风属中的5个名称和冠盖藤属中的2个名称进行了归并;为钻地风属中的1个名称和冠盖藤属中的2个名称指定了后选模式;发现被命名为维西钻地风S. crassum Hand.-Mazz. var. hsitaoianum (Chun) C. F. Wei的类群其正确名称为S. crassum Hand.-Mazz. var. ellipticum J. Anthony;恢复了变种小粉绿钻地风S. integrifolium Oliv. var. minus Rehder;重新界定了白背钻地风和小粉绿钻地风的变异范围，澄清了中国文献中记载的粉绿钻地风S. integrifolium Oliv. var. glaucescens Rehder长期存在的名实混乱问题。本论文对各个分类群进行了详细的形态描述，给出了分种检索表，并附分布资料及地理分布图。

蚂蚁参与的传粉系统——基于鸟巢兰属和对叶兰属三种兰科植物的传粉生物学研究

蚂蚁和被子植物之间存在广泛、普遍和多样的关系，但蚂蚁为被子植物传粉的报道却很少。本文通过对分布于四川省黄龙寺自然保护区黄龙沟内鸟巢兰属和对叶兰属的三种花结构十分相似的植物(高山鸟巢兰Neottia listeroides、小叶对叶兰Listera smithii以及花叶对叶兰L. puberula var. maculata)的传粉生态学研究，首次在国内报道高山鸟巢兰和花叶对叶兰中蚂蚁参与的传粉现象，并探讨了蚂蚁参与的传粉系统中蚂蚁传粉的特点、传粉效率、蚂蚁活动特点与防止自花授粉的关系、以及蚂蚁传粉的作用等问题。同时通过蚂蚁参与传粉的高山鸟巢兰和花叶对叶兰以及没有蚂蚁参与传粉的小叶对叶兰的生境对比，初步分析了蚂蚁参与传粉的生境条件。 黄龙沟内小叶对叶兰、高山鸟巢兰和花叶对叶兰居群水平的花期分别可持续27 d、40 d和50 d，大量开花期(～60%)分别在6月下旬到7月上旬、7月中下旬和8月。这3种植物都具暴露的花蜜，花蜜位于唇瓣中央不明显蜜槽内，花蜜量很小。访问小叶对叶兰的昆虫非常少，2005年和2007年均没有观察到传粉者。在2005年，姬蜂和瘿蜂为花叶对叶兰主要传粉者。在2007年，蚂蚁(包括细胸蚁和立毛蚁)分别是高山鸟巢兰和花叶对叶兰最主要的传粉者，其单花访问次数、携粉次数以及授粉次数分别在这2种植物的所有访问昆虫中是最高的。蚂蚁沿唇瓣蜜槽取食花蜜，到达唇瓣基部后，在高山鸟巢兰上，一般情况下蚂蚁头部不能接触到蕊喙先端，只有当蚂蚁头部向上抬起，才能触碰到蕊喙，花粉团通过蕊喙先端释放的粘滴粘在蚂蚁头部最顶端;而在花叶对叶兰上，只要蚂蚁在唇瓣基部活动就可以触碰到蕊喙，花粉团粘在蚂蚁头部的前额处。当小叶对叶兰、高山鸟巢兰和花叶对叶兰的蕊喙先端被触碰后，立即向下运动盖住柱头，分别约9 h、21 h和23 h重新抬起至药帽位置。蕊喙的这种运动可以避免因蚂蚁的重复访问而引起自花授粉的发生。繁育系统实验表明，这3种植物是自交亲和的，但必须依靠昆虫进行传粉。自然条件下，小叶对叶兰的自然结实率在2005和2007年分别为18.03%和14.42%，花叶对叶兰在2005和2007年分别为17.05%和43.20%，高山鸟巢兰在2007年为19.77%。 细胸蚁和立毛蚁在高山鸟巢兰和花叶对叶兰上的访问频率差异不大，前者略低于后者，但高山鸟巢兰的结实率却远低于花叶对叶兰。这主要是由于高山鸟巢兰与细胸蚁和立毛蚁之间形态上的不完全适应，而花叶对叶兰与2种蚂蚁之间形态上却较为适应的缘故。虽然2007年2种蚂蚁是高山鸟巢兰和花叶对叶兰最有效的传粉者，但这种传粉关系可能只是在特定时间和独特生态环境中出现的。生境干旱可能是导致蚂蚁访花和传粉的重要因素。我们的研究结果也初步表明当环境变化导致原有的主要传粉者缺失时，蚂蚁可以起到补充传粉的作用。

新疆（吐鲁番）若干重要遗址植物考古学研究

植物考古学（Archaeobotany）是植物学与考古学的交叉生长点，主要借助植物学的研究理念和方法来研究与先民相生相伴的植物遗存，探讨古代先民的生活方式，解释人类文明的发展过程。新疆的许多重要遗址处于环境干燥的荒漠戈壁地区。大量植物遗存在特殊的气候环境中保存完好，为我们考证当地先民对植物的认识和利用历程提供了宝贵的材料。 本研究对对吐鲁番洋海墓地以及和田山普拉墓地出土的部份植物遗存进行了细致深入的研究。研究内容主要如下： 1）对吐鲁番洋海墓地出土的2300年前的葡萄藤进行了解剖学验证，并证明了该葡萄藤应属于栽培葡萄（Vitis vinifera L.）。研究结果改写了农学及史学界传统认为我国葡萄栽培始于张骞出使西域之后的说法，并将我国最早栽培葡萄的时间向前提了200年左右。 2）对吐鲁番洋海墓地出土的大量刺山柑（Capparis spinosa L.）种子进行了形态学及解剖学研究。刺山柑种子与大麻果实、小枝条及破碎的叶片贮存于陶罐中，二者均有药用价值。根据物以类聚的原则，我们认为2800年前的古洋海人已经认识并利用刺山柑的药用价值。这是在我国，也是中亚地区东部首次发现的刺山柑植物遗存。 3）新疆洛甫山普拉墓地有三串薏苡总苞制成的项链出土。我们对出土的薏苡遗存进行了形态学研究，发现其来自于薏苡的原变种（Coix lacryma-jobi var. lacryma-jobi L.）。上述现象说明，古代山普拉先民已经认识并使用薏苡的装饰价值。并且，当地的薏苡文化可能伴随佛教文化从印度传入中国。 我们对上述重要遗址中的植物遗存进行了精细研究，并从植物学的角度证明了新疆自古就是东西方文明的交汇点，为考古学及历史学研究提供了佐证;充分认识了古代先民对植物的认识和利用方式，发扬了我国源远流长的民族文化;积极发挥植物学研究的优势，充份利用了植物形态学，解剖学及分类学的理念和方法来研究植物遗存，推动了我国植物考古学的发展。

毛茛科铁线莲属长瓣铁线莲组的分类学修订

毛茛科（Ranunculaceae ）铁线莲属(Clematis L.)长瓣铁线莲组(Sect. Atragene) 植物全世界约有14－18 种，我国约有6 种，广泛分布于北温带的高山上。该组植物由于外部形态变异大，种间或种下划分十分困难，目前已发表的种及种下分类群名称多达130 余个，名称使用较为混乱，组内系统关系尚存争议。本文通过文献考证、标本研究、野外观察及形态性状统计分析的综合研究，对长瓣铁线莲组进行了全面的分类学修订，结果如下： 1、性状分析 深入研究了1000 余号该组植物标本的形态性状变异式样、范围及其相关性，发现复叶类型、小叶大小、萼片毛被和质地、萼片脉突出与否、退化雄蕊长度等是较为稳定的分种性状。生长习性、萼片颜色、萼片边缘是否具短绒毛带、退化雄蕊形状等对种下划分具有重要的意义。 2、分类学处理 1）根据该组植物的萼片和退化雄蕊的特征和演化趋势，建立了5 个新系：Ser. 1. Occidentales、Ser. 2. Alpinae、Ser. 3. Koreanae 、Ser.4. Tomentosae 和Ser. 5. Macropetalae 。 2）对长期以来分类上争议很大，且分类十分困难的类群作出以下新的处理：把C. sibirica 和C. ochotensis 作为C. alpina 的亚种；把日本的C. fusijamana 和C. fauriei 降级为半钟铁线莲C. alpina ssp. ochotensis 的变种；把伊犁铁线莲C. iliensis 降级为西伯利亚铁线莲C. alpina ssp. sibirica 的变种；把C. chiisanensis 降级为朝鲜铁线莲C. koreana 的变种；把紫红花长瓣铁线莲C. macropetala var. punicoflora 和石生长瓣铁线莲C. macropetala var. rupestris 处理为长瓣铁线莲C. macropetala 的异名；把C. dianae 归并入白色长瓣铁线莲C. macropetala var. albiflora；支持长白铁线莲C. nobilis 作为一个独立的种。此外，还新指定了5 个名称的后选模式；纠正了前人对中国C. subtriternata 的鉴定错误。 3）确认该组植物有9 种2 亚种和9 变种（包括3 新等级），给出了各个分类群详细的文献引证、描述、生境、地理分布、标本引证和外部形态图，并编写了组下分系和分种检索表。认为亚洲东北部是本组植物分布的多样性中心。 3、形态性状演化趋势和各系的亲缘关系 探讨了该组植物形态性状演化的趋势和新建立的5 个系的亲缘关系，提出：退化雄蕊可能由外部雄蕊演化而来，并沿两条路线演化发展：其一是退化雄蕊伸长，与萼片近等长或长于萼片，顶端渐狭，呈披针形；其二是退化雄蕊不伸长，与雄蕊近等长，上部加宽，顶端由钝形、圆形发展至微凹，呈匙形。萼片演化的趋势可能由质地薄到质地厚，萼片脉由不凸出到3 条脉凸出。由此推测北美洲类群Ser. Occidentales 可能是本组的原始类群；Ser. Macropetalae 可能是退化雄蕊在第一条演化路线上最进化的类群；Ser. Alpinae 和Ser. Koreanae 之间亲缘关系较近；Ser. Tomentosae 的系统位置尚未确定。

秦岭苔类植物的研究和中国剪叶苔属（Herbertus S. Gray）的分类学修订

本论文包括两部分的内容，第一部分是秦岭苔类植物的区系研究，第二部分是中国剪叶苔属Herbertus的分类学修订。 秦岭位于我国的中部，东经104º30´～112º52´，北纬32º50´～34º45´N，约76 500 km2。它主要位于陕西省的南部地区，并包括了河南、甘肃和湖北的部分县、市。秦岭的最高峰是太白山，海拔3 767米。秦岭是长江和黄河的分水岭，也是我国温带和亚热带气候的过渡地带。 本研究包含了对自19世纪开始对秦岭苔藓植物的主要采集活动的回顾，和截止2008年以来对秦岭苔类和角苔类植物报道的总结和分析，且首次给出了一份秦岭地区详细的苔类植物的名录，并包括了各个种在秦岭地区的详细分布。根据目前的研究，现已知秦岭的苔类植物有226种（包括种下单位，以下同），其中角苔纲1科3属6种，苔纲30科59属220种；提出了1个新异名：Radula constricta Steph.被处理为Radula lindenbergiana Gottsche var. atypa Massalongo的异名；并提出了1个新组合Metzgeria pubescens var. kinabaluensis (Kuwah) F.X. Li & Y. Jia；发现秦岭新分布的苔类有78种。根据种数，秦岭地区苔类的优势科为光萼苔科（34种），其次为耳叶苔科（23种），裂叶苔科（23种）和羽苔科（19种）。 通过对这些种地理成分的统计，发现秦岭苔类的地理成分以北温带成分为主，占35.05%；其次是东亚成分占到31.78%，这两种地理成分在秦岭占了很大比例，高达66.83%。热带成分相对较少，有22种，占到10.29%。对于苔类来说，中国特有成分在秦岭地区较多，已知有34种，占到15.89%。说明秦岭地区苔类地理成分以温带为主，热带成分占少量比例，且秦岭地区的特有性也比较高。 文章第二部分是对中国剪叶苔属Herbertus S. Gray的分类学修订。剪叶苔属隶属于剪叶苔科，是一个古老而自然的类群，广泛分布于热带和南北温带地区。剪叶苔属植物由于其叶横生或近于横生，侧叶2裂，腹叶2裂或部分不对称3裂，并具假肋，叶细胞具大的三角体而明显区别于苔类的其它属。虽然这个属的概念比较清楚，但在属内种间的划分上存在较大的问题，是苔类中分类较混乱的一个类群。剪叶苔属种的概念多基于叶片形态，包括裂瓣的顶端细胞和假肋的形态及叶基盘边缘附属物的形态。但这些形态特征具很大的可塑性，性状不稳定，造成该属种的概念很模糊。目前全世界剪叶苔属约100余种。中国剪叶苔属的种类尚不确定，《中国苔藓志》中报道了中国有25种l亚种，但Juslen在2006年对亚洲剪叶苔属的修订中，提到中国分布的仅有6种。二者的研究中都存在有一些疏漏和不足之处，对有些种还有争议；且他们的研究中引证的标本都很少，不能全面反映中国剪叶苔属的种类和分布情况。 本研究着手于中国的剪叶苔属，从模式标本入手，从模式标本入手，结合对前人文献中引证标本的查阅，并检视了全国各大标本馆收藏的大量该属的普通标本，对于分类归并上有争议的种，采用扫描电镜和分子生物学的手段进行实验性的研究，对中国的剪叶苔属进行一个全面系统的分类学修订。期望通过本研究，明确中国剪叶苔属的种类和分布情况，为东亚乃至世界剪叶苔属的分类修订提供一份翔实的资料。共查阅了剪叶苔属26个种的模式标本，并检视了中科院北京植物研究所、华南植物园和深圳仙湖植物园馆藏的大量该属植物标本，约600余份。 通过本研究，提出2个新异名：将H. buchii Juslén和H. longispinus var calvs Massalongo处理为H. dicranus (Taylor) Trevis.；将樱井剪叶苔H. sakuraii (Warnst.) S. Hatt.（原并入H. dicranus）和H. minimus Horik.（原并入H. dicranus）重新提出；发现1个中国新分布：H. setigerus (Steph.) H. A. Mill.；确认中国的剪叶苔属17种1亚种：剪叶苔H. aduncus (Dicks.) Gray，剪叶苔纤细亚种H. aduncus subsp. tenuis (A. Evans) H. A. Mill.et E. B. Bohrer，H. armitanus (Steph.) H. A. Mill.，南亚剪叶苔H. ceylanicus (Steph.) Abeyw.，长角剪叶苔H. dicranus (Taylor) Trevis.，高氏剪叶苔H. gaochienii Fu，广东剪叶苔H. guangdongii P.J. Lin & Piippo，卵叶剪叶苔H. herpocladioides Scott. et. Miller，红枝剪叶苔H. huerlimannii Miller，细指剪叶苔H. kurzii (Steph.) H. A. Mill.，长肋剪叶苔H. longifissus Steph.，长刺剪叶苔H. longispinus Jack et Steph.，H. minimus Horik.，长茎剪叶苔H. parisii (Steph.) H. A. Mill.，多枝剪叶苔H. ramosus (Steph.) H. A. Mill.，樱井剪叶苔H. sakuraii (Warnst.) S. Hatt.，短叶剪叶苔H. sendtneri (Nees) Lindb.和H. setigerus (Steph.) H. A. Mill.。本研究还在扫描电镜下观察了H. armitanus、长角剪叶苔H. dicranus和多枝剪叶苔H. ramosus的孢子形态。对于剪叶苔属的修订，还需要更多模式标本的借阅，随着研究深入，剪叶苔属的种类可能会有大量的减少，中国剪叶苔属的种类也将会有一定的减少。

青花菜原生质体培养和根癌农杆菌介导的遗传转化

从4-5天龄青花菜(Brassica oleracea var���italica)下胚轴游离原生质体，经纯化后培养在简化的KMsP培养基上，原生质体分裂形成了细胞团;同时，对影响外源DNA导入子叶和下胚轴原生质体后瞬间表达强度的若干因素作了较详细的研究，这些因素包括转化介质中二价阳离子的种类和浓度、PEG溶液的浓度以及PEG溶液的pH值， 为进一步进行原生质体水平上的细胞遗传转化创造了条件。 以青花菜(Brassica oleracea var���italica)子叶和下胚轴为外植体材料，进行了根癌农杆菌介导的遗传转化研究。在建立了子叶和下胚轴外植体组织培养的高频率植株再生系统的基础上，用携带有双元载体质粒的根癌农杆菌(Asrobacterium,tumefaciens)A208sE感染青花菜子叶和下胚轴，对根癌农杆菌的感染过程以及影响抗性芽分化频率的诸多因素作了详细研究，再生了具有卡那霉素抗性的完整转化植株。Dot Blot分析表明NPTⅡ酶活性的存在;以pROA93经EcoRI /HindⅢ酶切产生的gus基因片段(约2.6Kb)为探针进行Southern Blot分子杂交，结果表明gus基因已整合到植物细胞基因组中，并且得到了表达。

体细胞无性系变异与烟草抗黑胫病细胞突变体的筛选

体细胞无性系变异是植物组织培养过程中发生的一种较为普遍的现象，这种现象在遗传学理论和育种实践上都很值得研究。应用这种变异进行筛选人们已经获得了一大批生产上有广泛意义的细胞突变体。但对于无性系变异发生的机理，人们虽然也进行了详细研究，提出了不少假说，但一直未能给出一个较为全面的解释。有些解释仍然建立在推测的基础上，有待进一步的研究。在这些解释中，利用转座子活化进行解释是最使人感兴趣的一种，也是较有说服力的一种。我们的实验分为两个部分，一是对无性系变异发生与转座子的关系进行了初步的探索,一是利用体细胞无性系变异筛选烟草黑胫病细胞突变体的应用进行了研究。 对转座因子的转活性进行分析，通常采用标记基因的表型检测。本实验用农杆菌双元载体pSLJ721（Ac∷GUS）转化烟草（品种：红花大金元）， 然后对转基因烟草的愈伤组织进行GUS酶活性的组织化学分析。通过GUS活性变化来分析转座活性。结果表明组织培养可以增强转座子的活性。间接证明转座子活化是体细胞无性系变异的原因之. 本论文实验方面的另一部分是体细胞无性系变异在烟草抗黑茎病研究上的应用。烟草黑茎病是由烟草致病疫霉引起的一种烟草主要病害。首先从云南地区黑胫病病区分离、纯化黑胫病（Phytophythora parasitica via. Nicotina）病原菌，同时利用红花大金元为实验对象，以组织培养中自然发生的元性系变异为基础，以50％以及80％的黑胫病病菌粗毒素为选择压力，筛选出抗黑胫病毒素的烟草株系，用离体叶片法和茎部接种法进一步鉴定其对黑胫病病菌的抗性。最后进行田间检测以期获得综合性状优良的抗黑胫病细胞突变体。另外我们还利用随机引物扩增多态DNA（RAPD）分析技术，对选择到的九个抗病株系和六株对照的DNA进行分析。在使用的70种随机引物中，共有57个引物产生可检测扩增产物，产生306条搁增带，其中有多态性的条带数为51条，突变体的平均RAPD条带变异率为1.85％，其中有两个RAPD条带（CYA－17－100和Sangon03-350）为突变体所特有，可初步判断为抗黑胫病的RAPD标记。对突变体和对照植株叶片水溶性蛋白SDS电泳观察到一些条带的变异，但没有找到突变体特异的共同条带。

珙桐种群生态学研究

本文是中国科学院“八五”重大项目：“生物多样性保护与持续利用的生物学基础”中的子课题“中国濒危特有动、植物保护生物学及种群生存力分析”的一部分。本文研究了我国一级保护植物珙桐(Davidia involucrata Baill．)在种群生态学、群落生态学各方面的特征，主要包括其天然分布，群落类型，种群空间分布格局，植株生长规律，种群生物量结构及变化规律，元素化学成份，种群年龄结构，数量统计及生存力分析等。 研究结果表明：珙桐分布区是连续的，其变种光叶珙桐（Davidia involucrata var. vilmoriniana (Dode) wanger)的分布区存在间断;珙桐群落可依优势种不同分为多种类型，但都属于亚热带中山落叶——常绿阔叶混交林类型;群落区系成份复杂，地理成份以北温带及东亚成分占绝对优势：种群空间分布格局无论在不同群落中还是在不同发育阶段中均属集群分布：植株胸径、树高及材积生长符合Logistic方程：种群生物量随群落类型不同而有较大差异，种群增长规律符合Logistic增长;种群年龄结构稳定，但实生苗的匮乏对种群更新不利：种群存活曲线属Deevy I型。对影响种群生存力的因素分析表明，主要的因素有系统压力和环境因素。

毛乌素沙地沙生灌木的生理生态学结构与功能

毛乌素沙地处于鄂尔多斯生态过渡带，在生态学研究上具有重要的理论与实践意义。在这样一个典型的半干旱区，水分是影响生态系统功能的最主要的限制因子，在沙基质土壤条件下，灌木得到充分发育，而乔木及草本植物则处于相对次要的地位。由于自然植被的初级生产力主要由灌木形成，故对于灌木在生态系统中的功能的系统研究是十分重要的，但目前又未得到应有重视。在荒漠化防治当中，这一点显得尤其急迫。此外，为了较好地预测该地区生态系统对全球气候变化的响应模式，急需要建立对主要乡土灌木功能型的划分方案。本研究运用植物生理生态学的方法，从植物的结构与功能的统一性出发，探讨了上述若干问题。主要结果与结论如下： 1．讨论了气候及土壤基质作为基本的环境背景，对沙生灌木生态功能的塑造作用，尤其探讨了若干土壤物理特性与植物水分利用的关系问题。 2．光学显微解剖及电子显微镜的观察表明，在自东南至西北横贯毛乌素沙地的水分梯度上生长的灌木当中，存在鲜明的叶片结构与功能特征与水分胁迫程度之间的对应性，在自东南向西北随干旱胁迫强度的增加，灌木的旱生结构也明显增加，甚至于在鄂尔多斯西部可以见到不少超旱生植物。同时，对灌木水分关系的研究支持了以解剖学观察为基础的认识，即：不同的景观条件下，也存在灌木的抗旱性与其生长的土壤的水分可利用性之间的对应性。这显示了水分因素在灌木的生态功能发挥中所起的主导作用。 3．通过分析沙丘的水分平衡，得到如下认识：(1)沙地条件的蒸发散主要来自植物的蒸腾作用，而土壤蒸发只占10%稍多：(2)沙地凝结水对灌木的水分需求而言微乎其微：(3)对多数沙生灌木而言，适宜的种植密度应为30-40%，即相当于半固定沙丘的覆盖度。 4．在上述三点的基础上，探讨了在不同类型的干旱（气候干旱、基质干旱及生理干旱）影响下，灌木在种类组成及干旱适应对策方面的多样性，将毛乌素沙地的灌木概括为两个功能类型：(1)干旱忍耐者;(2)竞争消费者。上述将极其多样的灌木物种在水分生态功能的相似性这个层面上概括成较少的类别的偿试，可望促使该地区的灌木生态学基础研究走向深入。 5．本研究对个别灌木的生态特性的新认识： ● 关于沙地柏(Sabina vulgaris)：(1)现已知道其蒸腾速率极低，本研究进一步认识到，低的蒸腾速率主要来自于气孔在叶表面上局限性分布：(2)该灌木虽十分抗旱，但过大的密度常引起叶片水分亏缺，在其根系不能利用地下潜水时．叶片水分亏缺更严重。 ● 关于油蒿(Artermisia．ordosica)及籽蒿（Asphaerocephala)：现已广泛地观察到，这两种灌木在沙丘演替不同阶段呈不同的优势分布：籽蒿主要生长于流动性沙丘（这里水分条件往往很好），但随沙丘逐渐被固定，就会被油蒿取代。本研究从叶片结构与功能两方面解释了上述现象，主要依据是(l)籽蒿比油蒿往往有更大的蒸腾速率：(2)籽蒿叶片近轴面1/3以下处有极为密集的气孔分布，而在油蒿却未发现;(3)籽蒿具有极其高的零膨压时的渗透势值(ψлp)。 ● 关于蒙古岩黄芪(Hedysarum mongolicum):该灌木具有独特的 干旱适应方式（如，幼茎 可行光合作用，及叶片富含粘液细胞），但本研究提示，该灌木的抗旱性是较弱的（相比与其它同生境下的灌木而言）。主要依据是：(1)很高的零膨压时的渗透势值;(2)海绵与栅栏组织均有较充分的发育。 ● 关于沙柳(Salix psammophila):在沙基质中有广泛的适应性， 但其适应主要体现在形态上（根茎比）的可塑性，而在生理（尤其是蒸腾作用）方面的调整则不十分显著。生长于丘顶的沙柳具有极其发达的根系，这可减缓土壤水分不足对植物的不利影响;生长于丘间低地的沙柳具有好的水分供给，但在特定的微生境下，其叶片温度比生长лллл于丘顶的沙柳叶片高，尤其是在强的光照条件下，其叶片温度会大幅度升高。这有可能对植物形成不利的影响。

兴山龙门河地区的植物群落与物种多样性研究

龙门河地区地处湖北省的西部，神农架的南坡，处于中亚热带向北亚热带过渡的地带。对其植物与植物群落的研究得到如下结果： 龙门河地区共有维管植物160科724属1737种，其中种了植物140科692属共1686种。其植物区系有显著的温带性，温带分布属共380属，占总属数的54.9%，这可能和该地区的地理位置，海拔及人为活动的影响有关，该地区的植物区系还具有古老性，特有属丰富特点，且有较多的珍稀濒危植物分布。 龙门河地区的植被共划分三个自然植被型共16个群系。在高海拔地区保存有较原始的落叶阔叶林，低海拔地区多为人为破坏后的次生类型。这些植被类型随环境条件的变化呈现较有规律的分布，依照其垂直分布的情况，可以将该地区植被划为三个带，即常绿阔叶林带低于海拔900(-1300)m;常绿落叶阔叶混交林位于海拔900(-1300)-600m之间;落叶阔叶林带在海拔1600(-1300)-2200m之间，无针叶林带在龙门河地区分布。应用TWINSPAN和DCA程序对各调查样地进行数量分类和排序结果说明，植物群落的分布与环境因子明显相关，但排序轴不能用海拔等单个的因子来解释。对各群落乔木层的Gleason丰富度指数，Shannon-Wiener指数及Pielou均匀度指数对比后发现，各种指数在不同的群落之间及不同海拔高度上没有明显的规律，这可能是由于人类活动混淆了群落成分及结构的结果。 锐齿槲栎林是神农架地区一种重要的落叶阔叶林，其分布广泛，保存较好。通过对锐齿槲栎种群大小结构的研究发现，中等大小的锐齿槲栎个体数量较多，幼苗与幼树的数量在不同样地间变化很大，其大小结构分布图中多有一定程度的缺失。锐齿槲栎种群多呈现聚集分布，不同的尺度下其聚集程序不同。在大多数尺度下，幼苗幼树的聚集程度比相同尺度下成体的聚集程序高。幼苗更新是锐齿槲栎更新的一种主要形式，其幼苗的出现与林窗的形成有密切的关系。在锐齿槲栎幼苗成长为幼树的过程中，同于种内与种间竞争的影响。导致了许多幼树的死亡。正是由于林窗形成等干扰因素的影响才使锐齿槲栎幼树得以进入群落上层。

神农架地区米心水青冈林和锐齿槲栎林的格局与过程

本文对神农架地区广泛分布的米心水青冈林和锐齿槲栎林的种群和群落学特征、干扰历史、更新策略、生物量、生产量及元素循环特征进行了研究。得到如下结论： 1 米心水青冈林是神农架地区山地垂直分布的地带性植被类型，主要群落学特征为：（1）建群种明显，该区域主要有2种类型，即米心水青冈林和米心水青冈、锐齿槲栎林;（2）群落结构简单，但物种组成丰富，在6600m~2样地中出现高等植物（不含苔藓植物）77科150属271种，组成种类以蔷薇科、百合科、忍冬科、虎耳草科、樟科、杜鹃花科和壳斗科为主;（3）群落乔木层（占重要值的12％）和灌木层（占盖度的15％）中含有一定比例的常绿树种;（4）群落生活型以高位芽植物（70.89%）占绝对优势，其次为地面芽植物（15.50%）和地下芽植物(12.92%)。 2 米心水青冈是多主干的树种，萌枝现象普遍，但萌枝数量不同地点差异较大。通过萌枝产生的枝群体平均密度为257 ± 99.3n•hm~(-2)。枝群体的年龄结构表现为“幼龄个体数目较多型”和“中国年龄阶段数目较多型”，并且有较多的枝群体表现出一致的年龄结构。从整个群落米心水青冈的年龄结构来看，表现出发展型种群的特点。枝群体的分布格局为随机分布。9丛米心水青冈完整的年轮分析结果表明，它们萌枝的时间不是边疆的，而与森林的受干扰有关。根据83个圆盘和生长锥芯资料，米心水青冈在萌枝后成长为乔木层或林冠层的过程中，径向生长表现为5种模式。这是丛株内竞争的结果。萌枝在米心水青冈林的维持和发展过程中，具有重要的生态学作用。 3 锐齿槲栎林是神农架地区山地垂地分布的地带性植被类型，主要群落学特征为：（1）建群种明显，该区域主要有2种类型，即锐齿槲栎林和锐齿槲栎、米心水青冈林;（2）群落乔木层和灌木层中含有一定比例的常绿树种，和暖温带的落叶栎林有较大差异;（3）群落物种组成丰富，不仅具有典型的温带科属，还有典型亚热带分布的科属，组成种类主要以蔷薇科、百合科、忍冬科、虎耳草科、山茱萸科、杜鹃花科、壳斗科和樟科;（4）生活型以高位芽植物（66.32%）占绝对优势，其次为地面芽（23.51%）和地下芽（9.47%）植物。 4 通过样地调查、树干解析及直径分析法，对米心水青冈林和锐齿槲栎林受压和释压历史及更新策略进行了研究。米心水青冈直径生长表现为5种模式。而锐齿槲栎只表现为2种模式。85.9 ± 6.9%的米心水青冈有过受压过程，平均受压2.1 ± 0.8次，平均受压时间为47 ± 24.1a，最长受压时间73a，平均释压次数为1.6 ± 0.7次，平均释压时间为23 ± 21.5a，而60.83%的锐齿槲栎都均有1次受压。平均受压时间为19 ± 14a，受压后没有表现出释压过程。结合高生长和径向生长，认为米心水青冈是耐阴树种，它的更新策略是在林下形成苗性萌枝，在有林窗形成时释压生长进入乔木层;而锐齿槲栎是不耐阴树种，它的更新策略是通过产生大量种子，当有大的林窗时，幼苗在林窗内生长逐步进入乔木层。 5 神农架地区102-130a成熟米心水青冈林的生物量在251.31-358.63T•hm~(-2)之间，平均为288.70 ± 48.30T•~(-2)，20-60a锐齿槲栎林群落生物量在134.85-301.20T•hm~(-2)，平均为231.60 ± 78.10T•hm~(-2)。虽然米心水青冈林和锐齿槲栎林灌木层草本层及藤本植物组成很丰富，但二种类型森林生物量的95％以上集中在乔木层。乔木层生物量主要集中在少数优势种中。在米心水青冈林生物量从大到小的序列中，前5种植物分别占乔木层总生物量58.67%-96.37%不等，同样锐齿槲栎林前5种植物占群落生物量的68.13%-95.26%。常绿植物占乔木层生物量的比例变化较大，米心水青冈林中占2.85-18.70%，锐齿槲栎林中一般常绿植物占0.8-9.98%，只有1个锐齿槲栎林样地常绿植物（主要是粉白杜鹃）占乔木层生物量的44.04%。米心水青冈林生物量根冠比为0.27 ± 0.05，锐齿槲栎林为0.21 ± 0.06。神农架地区米心水青冈林的生物量，在成熟的欧洲水青冈林及日本的水青冈林生物量范围之内，而锐齿槲栎林生物量远远大于我国温带落叶栎林的生物量。 6 神农架地区102-130a米心水青冈林生产量范围在1857-2786g•m~(-2)•a~(-1)，平均为2330 ± 397 g•m~(-2)•a~(-1)。20-60a锐齿槲栎林的生产量范围在1319-2521 g•m~(-2)•a~(-1)，平均为1930 ± 498 g•m~(-2)•a~(-1)。米心水青冈林和锐齿槲栎林乔木层生产量占群落总生产量的95％以上，乔木层各器官生产量大小顺序为叶> 树干> 枝和根，其中叶生产量占乔木层的一半以上，达53.87 ± 2.72%（米心水青冈林）和57.31 ± 6.23%（锐齿槲栎林）。在乔木层生产量从大到小的序列中，前5种植物平均占乔木层总生产量的81.03 ± 13.94%（米心水青冈林，范围在62.75%-92.66%）和84.23 ± 9.68%（锐齿槲栎林，范围在68.54-95.11%）。米心水青冈林和锐齿槲栎林群落地下部分生产量占总生产量的比例分别为11.29 ± 1.02%和9.22 ± 2.72。和我国其它地区地带性植被类型相比。米心水青冈林和锐齿槲栎生产量是较高的，和亚热带绿阔叶林生产量接近，但在器官分配上两者差异较大。 7 米心水青冈林和锐齿槲栎林土壤均呈酸性。其中锐齿槲栎林地土壤酸性更强。土壤元素特征表现为Al>C>K>Mg>Ca>N>S、P的特点，富铝化作用明显。8种元素在群落优势植物不同部位含量差异较大，N、P、K、Ca、Mg基本上是以叶片含量最高，树干或根中最低。仅从叶片来看，元素特征表现为C>Ca、N>K>Mg>S>P、Al。优势植物的C/N和C/P显著高于暖温带落叶阔叶林优势植物。8种元素在米心水青冈林和锐齿槲栎林中积累量分别为147.09 ± 25.60和116.00 ± 37.63 Mg hm~(-2)a~(-1)，其中97％以上积累在群落乔木层。两种森林类型各元素的积累量都表现为C>Ca, N> K> Mg> P> S> Al的特点。米心水青风林和锐齿槲栎林8种元素的年存留量分别为6263 ± 90.8和5946 ±246 kg hm~(-2)a~(-1),其中N、P、K、Ca、Mg 5种主要营养元素的存留量分别为179.7 ± 18.2和169.4 ± 23.5kg hm~(-2) a~(-1)。两种森林类型各元素的存留量都表现为C> N> Ca> K> Mg> S> P> Al。

毛乌素沙地优势植物对全球气候变化的响应研究

毛乌素沙地是中国半干旱地区典型沙地，这里的干旱生态系统对全球的水热配合格局的变化具有很灵敏的响应。随着未来全球气候变化，如温度和降水量变化，将给这里的陆地生态系统分布格局和生产力以及水分平衡带来巨大影响。故本文人工控制157. 5mm、315. Omm、472. 5mm和630. Omm4种施水量水平以及25/20℃和28/23℃（白天／晚上）两种温度，来研究与模拟毛乌素沙地优势植物对水分和温度变化的响应。 以沙柳、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨它们的水分平衡对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，随着施水量的增加，沙地贮水量及其它的变化量、湿度、蒸发量和蒸腾量均逐渐增大。并且157. 5mm和315. Omm施水量的植物沙地出现水分亏缺现象。相同施水量下，沙地蓄水量和湿度均杨柴沙地>沙柳沙地>油蒿沙地，而植物蒸腾量却油蒿>沙柳>杨柴。 以沙柳和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物气体交换过程对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加显著提高了两种植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和光能利用效率，并且显著降低了叶片温度。同时，157. 5mm施水量造成沙柳和油蒿的净光合速率和蒸腾速率具有显著的“午睡”现象，而充足施水却有效的解除或缓解这种“午睡”现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物叶绿素荧光对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，不同施水量对这4种植物的初始荧光、最大荧光、可变荧光和PSII光化学效率均具有显著影响。157. 5mm施水量的沙柳、杨柴、油蒿和柠条以及630. Omm施水量的柠条出现明显的光抑制现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物生长对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加对沙柳、油蒿和杨柴枝叶形态和生物量等都具有显著正效应。而157. 5mm和630. Omrn的施水量对柠条生长具有负作用。另外，沙柳、杨柴和油蒿根冠生物量比随着施水量增加均逐渐减小，而不同施水量的油蒿根冠生物量比之间差异不显著。 以柠条、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制两种温度水平来探讨植物形态、生物量和气候交换特征对增温的响应。结果表明，增温显著提高了柠条和杨柴株高、叶数、叶面积、生物量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，却显著降低了水分利用效率。增温对油蒿叶数、叶大小、叶面积、生物量、蒸腾速率和气孔导度没有显著影响，却显著提高了油蒿的树高和净光合速率。柠条、杨柴和油蒿之间的种间生长和生理特征均有显著差异。

毛乌素沙地两种根茎型植物克隆生长的生态适应意义

在干旱气候背景下的毛乌素沙地，干旱、风沙是十分突出的环境胁迫因子。植物的生存与繁衍受到这些因子的强烈作用。在这里生存繁衍的许多克隆植物，在长期的生态适应与进化中，形成了有效的生态适应机制来克服沙地环境的不利影响。本研究选择在毛乌素沙地广泛分布的根茎型克隆植物羊柴（Hedysarum laeve Maxim.）和拂子茅(Calamagrostis epigejos (L.) Roth.)为实验对象，运用实验生态学的方法与途径，来探讨它们对环境因子的适应机制。 羊柴为毛乌素沙地的主要固沙植物与优良豆科牧草，在该地区广泛用于飞播和直播种植。对毛乌素沙地区域生态环境建设与畜牧业经济发展起到了重大作用。在毛乌素沙地，水分短缺是植物生长和繁殖的重要限制因子。同时，受地形、生物、基质等因素的影响，毛乌素沙地的水分往往呈异质性的空间分布。羊柴克隆的相连分株极有可能处于异质性水分供应的不同生境位点上。因而，相连的羊柴分株能否对异质性水分供应发生反应，以及反应的耗一益状况，是羊柴克隆对干旱与水分异质性生态适应的基本问题。为此，采用人工设置异质性水分供应的方法，研究了一对相连的羊柴成年克隆分株对水分异质性的反应及反应的耗一益状况。结果显示：分株的水分供应状况，对相连的另一分株的生长有着显著的影响。当生长于低水分供应土壤中的分株与生长于高水分供应土壤中的分株相连接时，此分株的地上植株、根系、新生根茎的产生都有显著的提高，生物量分配与同质高土壤水分供应的分株无显著差异;而同时，与此分株相连的、处于高水分供应土壤中的分株在生长上却无明显的减弱，并且将明显多的生物量分配到地下根系。这表明：分株间发生着明显的水分共享，相连的克隆分株通过水分共享对异质性水分供应发生反应：并且水分共享使处于低水分供应土壤中的羊柴分株显著获益而并不显著地牺牲另一处于高水分供应土壤中的羊柴分株的生长。水分共享可能是羊柴克隆对沙地水分异质性的生态适应机制之一。 风积沙埋在毛乌素沙地生态系统中频繁发生，直接影响着种子发芽后，幼苗的存活与成功定居。因而，对传播到沙地中的植物种具有选择作用。羊柴在近数十年来被大量地用于沙地飞播，以防风固沙重建沙地植被。羊柴在种子萌发后，幼苗很有可能遭受沙埋。为了探讨羊柴幼苗对沙埋的反应，对一周龄、二周龄的羊柴幼苗进行了为期6周的人工沙埋实验，实验结果显示：沙埋对羊柴幼苗的存活、生长影响极为显著，重度沙埋（沙埋深度达到或超过幼苗的高度）可使大量或全部羊柴幼苗死亡;一定深度的沙埋（沙埋深度不超过幼苗株高）羊柴幼苗不仅可以全部存活，而且其整株生物量、叶片生物量、根系生物量以及相对生长率都相应地高于非沙埋的对照（即：不沙埋），而且新生叶片的产生要显著地多于不沙埋的对照。与非沙埋的对照相比，一定深度的沙埋并不显著地改变羊柴幼苗的生物量分配格局，其株高也不发生明显的变化。根据本实验的结果，在飞播羊柴时最好先在流沙和半流沙上设置一些人工固沙、阻沙的设施，以避免羊柴幼苗遭受重度沙埋，降低其定居和形成种群的风险，促进其形成种群，提高飞播成效。 在本研究的实施地一毛乌素沙地，环境胁迫与扰动经常发生，异质性的生境条件有着广泛的分布。严酷的生存环境与异质性，为植物采取多样的生态适应策略提供了前提条件。克隆植物的相连分株间是否发生资源共享以及资源共享的时空格局具有种类特异性。拂子茅为根茎型多年生禾草。其根茎细长，在分株建立后并不随分株的年龄的增加与体形的增大而发生明显的加粗生长。为了探讨拂子茅在异质性水分环境中的表型差异，对拂子茅由母株、子株组成的分株对给予了高水、低水两种不同的异质性水分处理。实验结果表明：水分供应状况直径影响着拂子茅的分株生长表型。在高水条件下，拂子茅的分株能产生多的根茎、新生 后代分株，并将生物量主要用于地上部分生长，从而积累多的地上生物量;在低水条件下，拂子茅分株产生较少的根茎与新生后代分株，并且分配到根系的生物量明显增大。在具有一定对比度的异质性水分环境中，拂子茅分株并不因与其相连的分株所处的水分供应状况而在根茎生长、新生后代分株的产生和生物量分配等特征上，与同质环境中的具有相同水分供应状况的分株表现出有明显的差异。这些结果揭示：拂子茅仅以分株的形式对异质性水分在表型上发生反应;相连的克隆分株在向顶向和向基向这两个基本方向上，不能对另一分株的水分供应状况在生长表型上发生反应，它们在水分关系上可能是相互相对独立的。分株的相对独立有利于在气候干旱、扰动强烈的沙地环境中实现风险分摊，提高基株的存活机率。 可以推断：处于同一环境中的不同克隆植物种在长期的进化中，也可以选择截然不同的生态策略来适应环境。

半干旱区典型植物对气候变化与C02浓度升高的响应与适应

1.羊草对土壤水分的响应与适应 羊草生物量随着土壤水分含量的降低逐渐降低，后期的降低幅度远远大于前期。干旱促进鞘分配增加，增加了在处理初期的根的分配，但到后期则使之减少，表明羊草在经历较长期的持续干旱后通过增加根部的比重来提高抗旱性的能力逐渐降低。轻度(LD)、中度干旱(MD)对羊草叶片相对含水量(RWC)、气孔密度、光合参数、荧光猝灭参数和群体日交换速率无显著影响，但严重土壤干旱使它们显著降低。 羊草叶片的可溶性蛋白质以中度干旱的最高，严重干旱(SD)特别是极严重干旱(VD)使之显著降低，游离氨基酸含量(FAA)的变化与之相似。随着土壤水分含量的降低硝酸还原酶(NR)活性逐渐下降，而谷氨酰胺酶合成酶(GS)的活性变化则是LD和MD使之分别增加了25.75%和12.22%，SD和VD则分别减少了8.21%和28.72%，说明了NR的活性变化对土壤干旱较敏感，而GS的活性则对适度的干旱有一定程度的适应性。LD处理没有增加天冬酰胺酶(AE)和内肽酶(EP)两种酶的活性，但MD、SD和VD使两种水解酶的活性显著增加，说明轻度土壤干旱对蛋白质和氨基酸的分解作用有稍降低作用，但随着土壤干旱程度的加剧，又极大地促进了这个分解过程。严重和极严重土壤干旱显著降低了叶片的总核酸含量和RNA的含量，暗示严重程度的土壤水分胁追限制了核酸的合成代谢，加强了其分解代谢，严重土壤干旱还显著增加了丙二醛(MDA)的含量，说明提高了羊草叶片叶肉细胞的膜质过氧化水平。 2.羊草对土壤干旱和复水的响应与适应 羊草受到适当的干旱驯化可促进生长，但过长时间的干旱处理，复水后未能补偿损失的生物量和叶面积。羊草叶片的气孔密度以中度干旱持续期(Mtd)处理的最高，其次是短期干旱持续期( Std)，二者分别比没有经过土壤干旱的处理（对照）增加了14.90%和3.61%，但长期干旱持续期(Ltd)却使之减少了27.19%，气孔指数亦有类似的趋势。复水增加羊草叶片的光合速率、气孔导度、蒸腾速率，近期复水的激发效应明显大于前期，而对夜晚的呼吸作用影响不显著。水分利用率( WUE)的日变化动态呈“M”字型曲线，以Mtd的WUE值的峰值最大，以三次曲线拟合WUE的24小时日进程最佳。叶绿素荧光动力学的分析结果表明，复水，特别是最近的复水可显著改善羊草叶片的PS II性能，增加叶绿素a，b的含量及其比值，提高碳酸酐酶的活性。 羊草含氮量以叶片的最高(4.40%)，根部的最低(1.99%)，枯叶、茎鞘和根茎的含量差异较小(2.26～4.40%)。所有器官的含氨量对土壤水分处理的响应基本一致，以对照处理的最低，Std的最高。各器官的碳氮比都是以对照的最高，而其它土壤水分处理相差不显著，给于一定时间的土壤干旱处理可使羊草获得较强的氨代谢能力。Std的氮素总拥有量最多，和对照相比，绿叶、枯叶、茎鞘、根茎和根分别提高了35.58、26.88、23.49、31.66、40.75%，而Ltd的含氨总量呈下降趋势，说明短时间的土壤水分干旱处理可明显促进羊草各器官和植株的氮素积累，而较长时间的土壤干旱则不利于氮素的积累。羊草各器官氮素绝对量占整株的百分比从大到小依次为：绿叶(42.42-44.00%)、根茎(20.13—23.69%)、根(15.43～17.18%)、枯叶(10.07～11.30%)和茎鞘(7.27～8.67%)，表明叶片的氮素存量占植株的一半以上。Mtd处理增加了叶片的氮素贡献率，减少了茎鞘和根茎的贡献率，有利于加强叶片的光合性能。 以中度干旱持续期(Mtd)处理的叶片可溶性蛋白质含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、RNA含量为最高，但中长期的土壤干旱处理再复水后则显著降低了羊草叶片内肽酶(EP)的活性和MDA的含量，说明给于一定时间的土壤干旱处理可使羊草叶片保持较高的蛋白质代谢水平，降低膜脂过氧化水平。 3.羊草对昼夜温差与土壤水分交互作用响应与适应 昼夜温差减少使单株羊草的生物量降低21.3%，分蘖和根的生物量减少，而鞘的生物量稍增加，显著降低了严重和极严重条件下的生物量。温差缩小降低了分蘖和根的投资比例，减少植株的地下部分生物量，而增加新叶、鞘和分蘖光合产物的比例，表明温差的减少将抑制光台产物向地下部分的转移。温差减少对充足土壤水分和轻度干旱处理的放射性比强影响较小，但减少了其它3种干旱处理的放射性比强。其原因主要是减少了植株鞘、根和根茎的放射性比强，显著增加了饲喂叶和心叶的放射性比强，表明温差的缩小阻止了“源”的光合产物向“库”的转移，降低对分蘖和根的投资，不利于羊草对干旱逆境的适应。 昼夜温差缩小使羊草叶片的气孔密度降低4.01%，而且减少了土壤干旱对气孔密度的影响。较高的昼夜温差和较低的昼夜温差相比，羊草叶片的光合速率和WUE分别增加了7.37%和20.09%;而气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率分别降低了14.03%、2.57%和10.80%。昼夜温差减少降低了土壤干旱的δ13C值，说明可能减少处在干旱条件下的植株WUE，暗示减小昼夜温差不利于增大羊草叶片对土壤水分亏缺的耐性。昼夜温差的缩小主要影响了下午羊草群体的CO2交换速率，增加了对照、LD和MD处理的夜间呼吸速率，降低了尤其是显著降低了在土壤缺水条件下的CO2昼夜净交换量，而在两个昼夜温差条件下都是以LD的最高。 昼夜温差缩小影响氮素含量在羊草各器官中的氮素分配，降低了叶片和茎鞘中的氮素百分比含量，但增加了根茎和根中的氮素含量。在较小的昼夜温差条件下，LD显著增加了叶片的氮素含量，但其它土壤水分处理影响不显著，在较大的昼夜温差条件下，亦是LD显著增加了叶片的氮素含量，但MD也使其显著增加。昼夜温差缩小增加了叶片和茎鞘的碳氮比，降低了根茎和根的碳氮比，使叶片在中度和严重土壤水分胁迫时无变化，降低了响应于土壤水分变化的调节弹性。 昼夜温差缩小使羊草叶片可溶性蛋白质降低了16.14%。LD和MD显著促进叶片可溶性蛋白质含量增加，SD和VD都显著地降低了羊草叶片的可溶性蛋白质含量。昼夜温差缩小有使羊草叶片游离氨基酸降低的趋势，主要是降低土壤干旱条件下的游离氨基酸含量，虽然昼夜温差缩小稍增加了可溶性耱的含量(4.68%)，但使土壤干旱激发效应变得不显著，表明温差的缩小降低了叶片中渗透调节物质的积累，不利于羊草抗旱性的提高。昼夜温差缩小显著降低了羊草叶片的NR、GS和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性，在较小昼夜温差条件下几乎看不出土壤水分降低的激发效应，而在高温差下则明显看出LD的激发效应。昼夜温差减少加强土壤干旱对天冬酰胺酶和内肽酶活性的影响，加强了蛋白质和关键氨基酸的分解作用，提高了叶片的膜脂过氧化水平，不利于羊草对干旱的适应性响应。 在土壤水分充足条件下，昼夜温差缩减对羊草叶片气孔形态的影响不明显，但可以看出温差较大时有较多的星状蜡质覆于气孔表面及其周围，这可能是由于夜间温度升高后植物为了减少水分的散失而采取的一种适应性策略。在本实验条件下，中度和严重土壤水分胁迫使气孔变得更加凹陷，气孔更加坚挺，体现了对土壤干旱的适应性反应。对羊草叶片叶肉细胞超微结构的观察表明，昼夜温差对土壤水分充足时的超微结构影响不显著，但在严重土壤干旱条件下，昼夜温差缩减似乎减少了叶绿体中的淀粉粒，加速了叶绿体和线粒体膜的裂解，表明昼夜温差缩减加大了严重土壤干旱对羊草叶片叶肉细胞超微结构的负面影响。 4.羊草对温度和土壤水分交互作用的响应与适应 温度升高使羊草叶片气孔导度和蒸腾速率增加，使光合速率(A)和水分利用率( WUE)降低。土壤干旱和高温均导致最大光化学效率、量子产额和光化学荧光猝灭系数降低，使非光化学荧光猝灭系数升高。土壤干旱减少了羊草幼苗的生物量，却显著增加了根的贡献率和根冠比，而高温使二者显著地降低。在本实验条件下，直到极端干旱才显著降低了羊草叶片的A和WUE，而其他的水分处理影响不显著。土壤干旱使得叶片中的含氮量显著降低：温度对叶片氮含量无显著影响，但却显著地降低了根中的氮含量，尤其显著增加根与叶片氮含量的比率。高温加强了干旱对光合性能的影响，表明高温降低了羊草对干旱的适应能力。 温度过低或过高都对叶片保持高水平的可溶性蛋白质不利，温度过高还削弱了土壤水分亏缺对叶片中游离氨基酸的激发作用。水分梯度对20℃时的GS活性无显著影响，但LD促使26℃和29'C下的GS活性增加，MD以上强度的土壤干旱都显著降低了23℃以上温度尤其是29℃和32℃时的GS活性，表明高温和干旱的协同效应对谷氨酰胺的合成不利。高温增加了AE和EP的活性，加强了土壤干旱对羊草叶片蛋白质和氨基酸分解的促进作用，在一定的土壤水分条件下，高温对RNA的合成作用增强，认为这是对高温胁迫的一种适应性响应。 随着温度的升高羊草叶片中的可溶性糖含量逐渐增加，土壤干旱亦增加了其可溶性糖的含量，但至极端干旱时则使之降低。在20℃下，土壤水分对羊草叶片的可溶性糖的含量无显著影响，在23—32℃温度条件下则是土壤干旱增加了其值，但至VD时则使之显著降低。不同温度条件下，土壤水分对羊草叶片的MDA影响不同，在20℃下，无显著影响，在23和26℃下，SD和VD使MDA稍升高，但在29和32℃条件下使之显著增加，说明温度升高加强了土壤干旱所引发的增加叶片膜质过氧化水平的负面影响。 5.柠条和杨柴对CO2浓度倍增和土壤水分交互作用的响应与适应 土壤干旱使拧条和杨柴的生物量在倍增CO2浓度条件下比在正常浓度条件下降低幅度更大。CO2浓度倍增较大地促进了充足水分条件下的植物生长，而对干旱条件下的生长促进作用则较小。无论在中度条件下还是在严重干旱条件下，两种优势植物均是在倍增CO2浓度条件下增加的根冠比幅度较大;无论在中度条件下还是在严重干旱条件下，且无论正常CO2浓度条件下还是在倍增CO2浓度条件下均是杨柴增加的幅度大。CO2浓度倍增主要增加了水分充足和MD的单位叶面积质量(LMA)，但反而降低了严重干旱的LMA。 CO2倍增使δ13C降低，但土壤干旱使之增加。用“库”（根）中的δ13C值对“源”（叶片）中的δ13C作图，可以用以评价碳分配以及“库”中新增生物量，两种沙生灌木叶片与根部的δ13C值呈极显著线性关系，杨柴的斜率大于柠条的，表明前者叶片与根部在光合产物分配上具有较高的可塑性，这和干旱条件下杨柴的根冠比增加相关联。杨柴的“源库”调节特性反映了对逆境具有较高的耐性。 CO2倍增使柠条和杨柴叶片含氮量分别降低了10.40%和5.06%，土壤干旱有使柠条叶片含氮量增加的趋势，但中度干旱没有增加羊柴叶片的含氮量。CO2倍增使叶片的碳氮比显著增加，而干旱使之降低。CO2浓度倍增降低叶肉细胞质膜的过氧化产物MDA的含量，干旱亦使叶片的MDA含量增加。叶片含氮量与MDA呈显著正相关，表明CO2倍增有保护叶片免受土壤干旱的作用，但干旱的负面影响是CO2倍增效应所难以弥补的。 CO2倍增降低了柠条叶片的可溶性蛋白质的含量，但在干旱条件下降低幅度较小，说明CO2浓度升高条件下可减轻干旱影响叶片中可溶性蛋白质的强度，体现了CO2浓度倍增对植物的抗旱性有利的一面。CO2浓度倍增使土壤水分充足条件下的柠条叶片中游离氨基酸含量降低17.24%，却使SD条件下增加10.78%，表明土壤干旱导致的叶片游离氨基酸含量的增加平衡了CO2升高造成的降低。在充足土壤水分和MD条件下，CO2浓度倍增对核酸总含量和RNA含量有稀释效应，但严重干旱条件下，CO2倍增提高了核酸总含量和RNA的含量。

神农架锐齿槲栎种群更新及区域生物多样性保护对策

摘要 神农架有着丰富的生物多样性和相对完整的森林生态系统，锐齿槲栎（Quercus aliena var. acuteserrata）是该地区落叶阔叶林重要的建群种之一，是其山地植被垂直带上的一个重要类型，对维持生态系统的稳定和水土保持具有重要意义。本论文主要研究了影响锐齿槲栎种群更新的一些重要因素以及探讨了神农架地区生物多样性的保护对策。 锐齿槲栎种子雨时空分布格局的研究结果表明：不同样地间种子雨的密度差别很大。树木的不同空间方位及种子的不同性状（被昆虫侵害、未发育成熟和有活力）在种子雨密度上的差异都极其显著。但在所研究的距离范围内（2－6m），与母株的距离对种子雨的密度影响不明显。相关性分析显示，样地中的种子雨空间分布与幼苗分布没有直接关系。实验中还发现，被昆虫侵害的种子较早下落，种子雨与落叶时间的不同步性有利于锐齿槲栎幼苗的建成。锐齿槲栎种群的结实存在明显的大小年现象，其结实周期约为2年。 动物对种子的散布与传播是影响锐齿槲栎种群更新的重要因素。在研究小型啮齿目动物对锐齿槲栎种子传播影响的实验中，用样方内布置铁夹的方法共捕获8种小型啮齿目动物，隶属3科、4属。实验结果还证明，不同林型和不同时间段（种子下落高峰期和种子基本落完时期）内小型啮齿目动物的捕食活动规律不同，林下灌木层类型对动物取食橡子和搬运距离也有一定的影响。 光对锐齿槲栎幼苗更新影响的研究结果表明，锐齿槲栎在林窗及林下都有大量的幼苗，而其幼树却很少。坡向对锐齿槲栎种群的更新有重要影响，光照好的东南坡上的更新情况明显比光照较少的西北坡好。光照梯度处理实验证明，光照强度影响锐齿槲栎幼苗的资源分配方式和比例，一定的遮荫环境更有利于锐齿槲栎幼苗的生长。 米心水青冈林（Fagus engleriana）和锐齿槲栎林在神农架地区广泛分布,两者分布的海拔范围比较相近,并形成一定面积的混交林。通过典型样地调查以及对苗木光合作用与资源分配的研究，结果表明：这两个树种具有不同的光利用策略，米心水青冈比较耐荫，林下更新较好，而锐齿槲栎林下更新不良，在光照较好的林窗下及次生裸地上更易更新。 神农架保护区是我国建立较早的以保护森林生态系统为主的自然保护区，是是联合国人与生物圈的保护地区之一，具有重要的生态价值和科研价值。保护区的建立对该地区的生物多样性保护发挥了重要的作用，但仍然面临着种种威胁。通过对神农架自然保护区当地社区的基本情况进行实地调查，分析结果表明，当地社区经济发展与生物多样性保护的矛盾比较突出，人类活动的干扰使景观破碎化呈增加趋势，整个生态系统比较脆弱。针对以上种种问题，建议加快制定有关保护区管理的法律;建立国家生态效益的补偿机制;推动实施社区共管;加强科研与区域生物多样性保护网络的协作;发展特色经济;加强能力建设，促进当地社区社会经济的全面发展。