查尔酮异构酶基因过表达对新疆雪莲类黄酮生物合成的调控

新疆雪莲（Saussurea involucrata Kar. et Kir.）是我国名贵中药材，其主要药用活性成分为黄酮类化合物。目前人们对新疆雪莲及它的黄酮类化合物的需求日益增多，但雪莲的人工栽培技术尚未成熟，在野生状态下，新疆雪莲只能生长在海拔4,000到5,000米的雪山上，现在由于过度采挖已濒临灭绝。为解决雪莲资源匮乏，提高雪莲中黄酮类成分的含量，本研究通过基因工程手段利用发根农杆菌将黄酮代谢途径中的关键酶－查尔酮异构酶（CHI）基因导入新疆雪莲，产生转基因新疆雪莲毛状根及再生苗，以期提高新疆雪莲的黄酮类物质含量，进行新疆雪莲黄酮类物质的生产。主要结果如下： 　　1．对克隆到的水母雪莲查尔酮异构酶基因（Smchi）进行功能分析。转Smchi正义、反义烟草的CHI酶活性实验结果表明，转Smchi正义的烟草CHI酶活性比对照提高3-6倍，而转反义Smchi基因的烟草CHI酶活性比对照则显著降低。分析不同株系的转基因烟草和对照烟草的黄酮含量和花色素含量表明，转Smchi正义的烟草积累比对照显著增高水平的总黄酮，其中株系CS-5黄酮含量是对照的6倍，转Smchi反义的烟草则积累较低水平的总黄酮，而且转基因烟草的总黄酮含量与Smchi基因的表达水平和CHI酶活性成正相关。但不论转Smchi基因正义或反义方向的烟草，其花色素含量和对照相比均没有发生显著变化。进一步对转基因烟草的黄酮成分进行分析，发现烟草中的主要黄酮成分芦丁在转Smchi正义烟草中有很高的积累。 　　2．发根农杆菌介导法将Smchi基因导入新疆雪莲，得到转Smchi基因的新疆雪莲毛状根。实验发现，35S-chi转基因对毛状根的生长没有显著影响，但35S-chi转基因毛状根能够合成显著提高水平的芹菜素和总黄酮，其中根系C46经过35 d培养，能产生32.1 mg/L的芹菜素和647.8 mg/L的总黄酮，分别是对照根系的12倍和4倍;不同根系的Smchi基因表达水平、CHI酶活性和芹菜素含量成正相关。本研究为通过基因工程手段提高新疆雪莲毛状根芹菜素和总黄酮含量提供了一个有效方法。 　　3．在1/2MS附加GA1.5 mg/L的培养基上，新疆雪莲毛状根的不定芽再生频率高且不定芽生长健壮。再生苗在MS+BA1.0 mg/L+NAA0.1 mg/L的培养基上继代培养生长量较大，经过20 d的培养，35S-chi转基因新疆雪莲再生苗株系（C17、C27、C46）、对照再生苗（Control-1）和正常试管苗（Control-2）之间生长量差异不显著，增殖倍数都在7倍左右;实验还发现，毛状根再生苗比各自来源的毛状根的芹菜素和总黄酮含量下降了20-30%，但转基因再生苗的芹菜素和总黄酮含量比Control-1和Control-2都有显著提高，其中C46芹菜素和总黄酮含量分别为1.86 mg/g 干重和37.3 mg/g干重，分别是Control-1的12倍和 2.4 倍，Control-2的4 倍和1.6倍。这些结果表明由毛状根诱导出的再生苗可作为增强目标次生代谢产物生产的另外一个有效来源。 　　

利用DSC和EPR技术研究杜仲种子的贮藏条件

种子贮藏稳定性对于种质资源的长期保存具有重要意义，目前关于种子贮藏的最新理论为玻璃态理论，该理论认为种子的玻璃化有利于种子的长期贮藏。当种子处于玻璃态时，玻璃化物质的高度粘滞性降低了种子细胞内分子流动性，阻止了细胞质中分子的扩散，从而减少老化过程中细胞结构的损伤和化学组分的变化，延缓种子老化劣变反应速率，延长贮藏寿命。评价玻璃态的一个重要指标是玻璃化转变温度，当种子贮藏于玻璃化温度或以下10℃～30℃范围内时，种子具有最佳的贮藏稳定性。因此，检测种子的玻璃化转变温度对于种子的长期有效贮藏具有重要指导意义。 本研究将差示量热扫描技术（DSC）与电子顺磁共振波谱仪技术（EPR）应用于杜仲种子玻璃化转变温度方面的研究。在DSC方法中，选用4.4%～31.6%含水量范围的杜仲种胚分别进行了DSC图谱扫描。EPR方法选用3-羧基-2,2,5,5-四甲基吡咯烷-1-氧（3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-1-oxyl，CP）和2,2,6,6-四甲基哌啶（4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy，TEMPO）作为探针标记杜仲种胚， 利用EPR技术测定不同含水量杜仲种胚的分子运动，通过对EPR图谱参数的分析计算，最终确定不同含水量杜仲种胚的玻璃化转变温度。 DSC实验结果显示，含水量为22.3%、28.0%、31.6%的杜仲种胚在0℃ 左右出现了一个水的熔融峰。该熔融峰的面积代表了自由水含量的多少，随着种胚含水量的降低该熔融峰面积减小。4.4%～31.6%含水量范围的杜仲种胚在-28℃左右还出现了一个熔融峰，推测此峰为杜仲种胚中某类物质熔融所形成的熔融峰。然而在此曲线上我们未观察到标志玻璃化转变的“台阶”出现。 CP-EPR实验的结果表明，利用EPR测定得到含水量为4.4%～11.6%的杜仲种胚在-110℃～20℃温度范围内，同一含水量的杜仲种胚随着温度的升高，分子运动速率加快;在同一温度条件下，高含水量的种胚比低含水量种胚的分子运动速率快。通过CP-EPR波谱两外缘峰最大距离（2Azz）的测定和数据统计分析，得到含水量为4.4%、5.7%、8.6%、10.3%、11.6%杜仲种胚的玻璃化转变温度分别约为44℃、25℃、4℃、-31℃、-43℃。可以把测定的杜仲种胚的这几个含水量的玻璃化转变温度与杜仲种子贮藏相结合，用于指导杜仲种子的贮藏。 TEMPO-EPR实验测定分析得到含水量为2.1%、3.4%、4.8%、8.3%、11.2% 的杜仲种胚的玻璃化转变温度分别为-21℃、-18℃、-24℃、-20℃、-27℃，玻璃化转变温度随含水量升高其变化的规律不明显，这与CP-EPR实验测得的结果有着较明显的差别。通过分析，认为对于脂质含量较高的杜仲种胚，随着含水量的降低，作为标记化合物的TEMPO随着脱水进入脂相，从而不能真实反映出不同含水量种胚的分子运动情况。与TEMPO标记相比，CP标记可能能够更真实地反映不同含水量杜仲种胚细胞质分子运动的情况，根据其分子运动情况得到的玻璃化转变温度更准确。

羊草cDNA文库的构建及果聚糖水解酶的分离与鉴定

羊草(Leymus chinensis(Trin.) Tzvel.)又称碱草，隶属禾本科赖草属，是欧亚大陆草原区东部草甸草原及干旱草原上的重要建群种之一。作为一种兼具重要经济价值和生态价值的优良牧草，羊草受到了广泛的关注。但长期以来，对羊草的研究主要集中在生态学、生殖生物学方面，在分子生物学方面知之甚少。为了保存羊草基因资源，并在基因水平上研究羊草生物代谢的调控机理，本研究采用羊草根、叶片混合后做为材料，构建cDNA文库，并对文库中部分基因序列进行了分析。同时从中克隆获得羊草果聚糖水解酶全长基因并对这些基因进行了深入的生物信息学分析、转化毕赤酵母研究初步确定其功能，为深入了解羊草代谢的分子机制提供理论依据。主要结果如下： 1. 成功地构建了羊草根、叶混合cDNA文库，原始文库滴度达到4×106 pfu/ml，扩增文库滴度接近1011 pfu/ml ，重组率达97% 。PCR检测插入片段，均在0.5 kb到3 kb之间，l kb以上占68%。从文库中检测到了TC、γ-TMT、FEH基因，文库覆盖度达到要求且为PCR筛选文库提供了可能。 2. 随机挑取经检测过的597个单克隆进行测序，去除插入片段小于和污染序列后，获得了584条高质量的序列。所有584条EST序列与NCBI的核酸数据库比对时，有30.99%的EST序列与己知序列有很大的同源性：而与蛋白质数据库进行比对时，有61.27%的EST序列与已知序列有很大的同源性。核酸比对中，有32.87%的序列为未知功能新基因，而蛋白质比对结果只有11.27%的序列为未知功能新基因。其中获得5条全长基因。 3. 文库中测序得到果聚糖水解酶（FEH）片段，依据其核酸、蛋白序列，以羊草根茎为材料，结合果聚糖水解酶基因的保守序列设计引物，通过 RACE 方法，获得羊草果聚糖水解酶基因 Lc 1-FEH 的全长序列（2040bp），包含一个 1803bp 的开放阅读框，采用生物信息学方法对该基因编码蛋白质进行功能分析，该基因编码的氨基酸序列具有明显的果聚糖水解酶类蛋白特征(NDPNG，FRDP 和[WEC (V/P)D] 结构域)，其分子量为 66.8kD，等电点 pI 为 5.49，是一种酸性蛋白质。同源性分析结果表明Lc1-FEH与单子叶植物小麦、大麦和黑麦草细胞壁类酵素酶同源性最高，分别为89％、87％ 和72％。运用实时定量方法对Lc 1-FEH表达量在羊草发育各时期及不同逆境处理下进行测定，结果发现，幼苗中以叶中表达量最低，根茎中表达较高，成苗中花梗中的表达量最高；Lc1-FEH在转录水平明显受碱、ABA、SA及低温胁迫诱导，随着胁迫时间延长，表达量迅速增加，到达到最大值，之后表达水平逐渐降低，在盐、干旱的诱导下的表达量迅速降低。 4. 羊草果聚糖水解酶Lc1-FEH基因在毕赤酵母中的高效表达 将pMD-Lc1-FEH 质粒经双酶切后构建果聚糖酵母表达载体 pPICZα- Lc1-FEH 。将重组表达载体线性化后电击转化毕赤酵母Pichia pastoris X33，经抗生素 Zeocin 和酵母 PCR 筛选获得高效表达酵母工程菌。毕赤酵母表达的果聚糖水解酶蛋白经SDS-PAGE 分析表明Lc1-FEH表观分子量为 67 kD 左右。其最适反应 pH 值为 5.5，在 pH 值为 4.5~6.5 的范围内能保持较高的酶活力；表达Lc1-FEH的最适反应温度为 30 ℃；在温度在 20～30℃度范围内有较高的酶活。 Lc 1-FEH能够水解含有β-2，1糖苷键类型果聚糖：蔗果四糖、菊粉、6-蔗果三糖；而对β-2，6糖苷键类型果聚糖：6-蔗果三糖、新蔗果三糖、细菌类果聚糖及蔗糖基本不具水解活性。

硬叶常绿阔叶林建群种-高山栎组的生物生态学研究

栎属(Quercus)高山栎组（Sect．Suber)是我国硬叶常绿阔叶林的主要建群种。本文从地理分布、群落特征、形态解剖特性方而对高山栎的生态适应性进行了研究，讨论了它们的起源与青藏高原隆升的关系。得到如下结论： 1．丽江一木里为现代高山栎的分布中心，高山栎组的种数等值线从这里呈同心园向外扩散。地质历史时期存在于该地的康滇古陆应当是高山栎的起源地。2．高山栎的水平分布不超过北纬32º，即亚热带的北界;垂直分布表现为超地带性的特点，从海拔1200到4300m，随海拔的增高而矮生。3．丽江有硬叶常绿阔叶林8种群落类型，它们的结构、分布各有其特点。4．高山栎组的表皮特征，除气孔器类型外，其他表皮性状受环境修饰，不是稳定的性状。气孔的大小、数目随环境有规律性地变化。5．川滇高山栎为复表皮，表皮附属物、角质膜及叶肉细胞随环境有规律性变化。6．虽然高山栎组的叶片表现为硬叶的特性，但解剖结构差别明显随环境发生变化。

藏南红景天植物的生态学研究

本文通过在林周唐古地区的定位性调查和历史资料的分析，对红景天植物的资源生态学特性进行了如下几个方面的探讨和研究。 1、分析了调查区的自然概况，探讨了调查区红景天的地理分布规律及特点。 2、对调查区的植被进行分析，划分了22个群落种组，八个群落类型。并对群落种组，群落学特征进行了分析。同时，还探讨了群落的分布规律以及生态系统与环境因子的关系。 3、分析了红景天种子的生物学特性、种子的撒播、萌发和幼苗建成过程以及自然条件下的无性繁殖方式。并进一步的也进行了人工繁殖实验。 4、通过物种间关系的研究，对三种红景天的指示植物种进行了初步确定，其结果在种的排序图上得到了进一步的分析和解释。 5、对红景天不同部位化学成分的测定结果表明：不同部位化学成分的分布量不同。建议开发利用过程中，应根据利用目的针对性开发。 6、对不同海拔带的红景天生物量进行了测定分析，并对其生长过程进行了生物量的动态研究和生长分析。 7、就红景天植物资源的利用历史、利用现状和开发利用过程中存在的问题做了概括性论述。并对今后合理利用和保护等问题提出了一些建议。

疏叶骆驼刺的生物生态学研究

盐生草甸是新疆平原草地生物生产力最高的植被类型。而豆科植物疏叶骆驼刺则是盐毕草甸植被的常见种类。此项工作对疏叶骆驼刺天然分布的范围及其生态环境条件，特别是土壤水盐状况和与该植物相联系的植物群落类型进行了调查分析。本文通过对K、Na、Ca、Mg4种金属盐性元素在土壤—疏叶骆驼刺系统中的迁移进行分析，探讨该种植物在盐化土壤环境中的生长状况与主要盐性金属元素的相互关系;通过对包括土壤植物体内元素含量、土壤水盐状况、植株生长状况等指标的综合分析，研究其生态适应关系和种群与土壤水盐状况的关系;通过对植物器官形态解剖学的研究，探讨该种植物与盐生土壤环境生态适应的生物结构基础和耐盐的生理途径;通过对土壤盐化过程影响因素和土壤盐化趋势的分析，结合疏叶骆驼刺的生态学特性，探讨该种植物在新疆盐化土壤的可能利用价值。结果如下： 1、疏叶骆驼刺为中生适弱盐化的潜水草甸植物。在有潜水发育的地带，其生存适应土壤盐化环境的范围较广。 2、在天然条件下，疏叶骆驼刺以根萌生新芽繁殖方式为主。在弱盐化和土壤水分较充足的地带，可以种子繁殖再生新株。 3、作为盐生草甸植被与荒漠植被间过渡类型中常出现的种类，疏叶骆驼刺的种群消长代表了一定的土壤盐化的演替阶段。 4、该种植物的器官组织显微结构显示出其与盐化土壤环境关系上特殊的适应机制。 5、在植物的生长发育过程中，金属盐性元素的迁移积累变化的性质表明，在一定条件下，该种植物对土壤盐性具有改善作用。 6、面对新疆盐化土地使用状况和土壤盐化退化的趋势，疏叶骆驼刺的生态利用潜势很大。

鄂尔多斯高原生物多样性研究

本文根据不同尺度的时空耦合，结合生物地球化学特征，气候梯度分析，人类土地利用方式等多种方法'探讨了鄂尔多斯高原生物多样性的格局和原因。生物多样性的维持、生物多样性的生态系统功能表现，以及鄂尔多斯高原对全球变化的响应模式等问题。在时间大尺度上，探讨了第四纪更新世冰期一间冰期循环模式，全新世稳定气候期的气候突变以及人类干扰历史对生物多样性的影响，在时间小尺度上，探讨j．群落演替过程以及生物多样性的变化规律;在空间大尺度上，探讨了鄂尔多斯高原与青藏高原在气候变化上的长程相关关系，并初步分析了全球变化如何通过青藏高原对鄂尔多斯高原产生重要影响的机制;在中等空间尺度上，选择了一条横贯鄂尔多斯高原的生态样带，探讨水分梯度和人类土地利用方式对生物地球化学特征、生物多样性在生态过渡的特点与生物多样性的关系的影响以及控制样带生物多样性的气候因子，生态系统功能特征与生物多样性的关系：在空间小尺度上，探讨了残留植被类型生物多样性的特征，从而为台理评价人类干扰对生物多样性的影响打下基础。通过上述各方面的研究得出如下主要结果： 1．研制BPAS(Biodiversity Pattem Analvsis System)软件，该软件是本研究项目数据管理、分析，模拟及显示的基础，并且用BPAS软件模拟了鄂尔多斯高原年降雨量，年温度、海拔高度，可能蒸散率，辐射干燥度，第一性生产力等生态背景变量分布形式。 2．发现在鄂尔多斯高原距今5000aBP左右的时间存在一次强烈的荒漠化过程，这一过程对鄂尔多斯高原的生物多样性和人类物质文明都产生巨大的影响。该过程可能是一次全球性的短期急剧降温造成的，应属于全新世气候适宜期的气候突变事件。 3．发现了两处残留植被，分别指示森林或森林草原和典型草原的地带性状况，根据春季干燥度模拟了油松林的潜在分布区，并用残存林区的地理位置进行验证，结果证明模拟效果良好。此外，发现鄂尔多斯高原春季干燥度的分布形式与辐射干燥度的分布形式相当吻合。 4．荒漠化是鄂尔多斯高原生物多样性丧失的最重要的原因。气候变化是鄂尔多斯高原荒漠化的最重要的自然驱动力，冰期一间冰期的循环振荡是导致鄂尔多斯高原生物多样性激烈变化的原因． 5．根据古孢粉分析，古地球化学特征研究、残留植被、油松林潜在分布区模拟以及有关的历史文献资料分析，初步推断匈奴时期以来在气候格局上并没有发生很大的变迁，这段时间的生物多样性丧失主要应归昝于人类干扰造成的荒漠化后果． 6．提出了判断生态过渡带的客观、合理的数量化方法，并在鄂尔多斯高原的实际应用中效果良好用土壤的可供给水量指标代替大气降雨量对Holdridge系统进行修正，从而使Holdridge系统更加具有生物生态学意义，并且可以用来解释小尺度的植被类型格局和评估人类干扰作用的效果． 7．影响生物多样性的因子作用大小排序：人类干扰>土壤结合太阳能）辐射干燥度>可能蒸散率>净第一性生产力>生物温度>年均降雨。 8．根据样带水分梯度，分析了75种植物的生态幅度，生态位重叠情况;并对主要的植物类群进行了沿水分梯度的分化研究。 9．模拟了未来全球变化在年均温度升高2℃，降雨提高10%，降雨提高20%和40%三种变化模式下,自然系统、过度放牧条件下的系统和人为荒漠化下的三种不同生态系统的响应模式。

东灵山地区辽东栎种群生物学研究

辽东栎是我国暖温带落叶阔叶林主要优势种之一。它具有很强的萌蘖能力，在东灵山地区存在于多种林分中，并成为辽东栎林和落叶阔叶混交林的优势种。本文以植物种群构件理论为基础，对辽东栎的种子、幼苗、幼树和成体四个阶段不同侧面进行了调查统计和试验分析。初步得出如下结果： 1. 种子库统计表明：（1）种子雨持续时间短、强度大，种子散落总密度为123个m~2。（2）土壤种子库存在时间约100天左右，种子密度最高时为42.7个／m~2。（3）土壤种子库输出途径主要有死亡后腐烂、发芽、动物当场取食和搬运，其中动物搬运是影响种子库动态的最重要因子。（4）动物搬运和取食是影响种子命运的主要因素，如果没有该因素的影响，辽东栎能够完成从种子到幼苗的过程;（5）被啮齿动物贮藏的种子大多被取食，极少存活;（6）地表覆盖物能减少动物搬运、取食的影响，但对成苗效果不明显。 2. 干旱处理和模拟去叶试验的结果表明：（1）干旱将显著降低单叶面积、叶面积比和叶比重，从而也显著降低了单株生物量，但根比重却较对照组有显著上升;（2）去叶显著提高了单株叶数、叶面积比和叶比重，尽管单株生物量只稍高于对照组。这说明了辽东栎幼苗在去叶后具有一定的补偿能力。 3. 芽的命运调查发现：（1）辽东栎的芽或保持休眠状态，或死亡后脱落，或分化为营养枝、雄花枝、雄花序、雌花枝和两花枝等;（2）不同生境中芽的命运不同，生活在林窗中的幼树上的芽分化为具有生殖功能的枝条的比例高于郁闭林中的幼树，而与成熟个体接近;（3）同一个体内部，上层芽分化为生殖枝的比例明显大于中、下层;（4）芽的命运与枝长关系密切，长枝上的芽分化为生殖枝的可能性较大;（5）结实枝的平均枝长、枝上平均叶数都明显高于非结实枝。 4. 构型分析表明：（1）不同发育阶段的辽东栎个体的分枝格局不同：幼苗阶段，高生长显著，枝条伸长较快，但分枝率低;幼树阶段，分枝率显著小于成株阶段;但上层枝条的平均枝节倾角大于其它两阶段，上层枝条的长度也大于成株阶段;成株阶段，冠幅迅速扩展，分枝率较前两时期显著增加，同时顶端优势减弱，引起休眠芽萌生苗的发生。（2）不同生境的辽东栎个体分枝格局也有较大差异：混交林中的辽栎个体多生活在林隙中，同灌丛中的个体相比，枝冠窄小，枝倾角较大，第一枝级枝条（上层）较长，但分枝率较小叶面积指数较低;枝、叶的方位角，叶倾角（上层）在不同生境中未发生显著变化。 5. 叶群体统计表明：（1）不同个体，同一个体内部不同层次，叶数量动态趋势都基本一致。现叶期和叶落半衰期很短，现叶方式为爆发型;（2）不同个体间叶期差异很大，暗示在辽东栎种群内部或许存在有强烈的遗传分化。 6. 对叶的生长和光合作用测定发现：（1）辽东栎叶的长度、面积和干重的增加有共同趋势：即在叶生长早期增加很快，其后渐渐降低，叶长度、面积约在六月初达极大值，叶干重稍后达极大值;（2）净光合速率在整个生生季里随叶的生长发育是先上升，至七月中旬达极大值，然后逐渐下降;而暗呼吸速率除在落叶前有微弱上升外，一直都处在下降状态;（3）叶的净光合速率日进程具“午休”现象，可能由高温和强光照引起;（4）叶的形成初期，碳的输入较高，展叶后约十天左右，输入输出达到平衡;碳输出在七月中旬达极大值，随后下降。可见：（5）叶的光合能力与叶的生长发育状况有密切关系。 7. 对叶养分季节动态的测定表明：（1）N、P、K、Ca、Mg、Fe等6种元素的浓度和贮量在叶的生活史中都发生了明显的季节变化，其中N、P、K等3种元素的浓度在展叶初期下降很快，随后逐渐下降的，但贮量是在7月下旬达到最大值;（2）Ca浓度和贮量整个生长季中一直保持上升趋势，Mg的季节变化无一定规律;（3）N、P、K、Mg都有一定程度的回收，其中N、P的回收率分别为67％和，Ca、Fe在叶中有所积累。 对栎属植物养分动态的比较分析表明：（1）落叶植物成熟叶中的N浓度显著高于常绿植物，但N、P的回收率与成熟叶中的浓度无明显相关性;（2）栎属植物的成熟叶和落叶中的N、P浓度间呈显著相关。

内蒙古温带草原生态系统过程对气候变化响应的实验研究

羊草草原、大针茅草原和草甸草原是内蒙古温带典型草原地区的三种主要植被类型，本文以此为研究对象，应用时空替代、温室、网室、自然降水接移、养分添加等多种方法模拟未来可能发生的气候变化，研究了这些变化对上述草原植物群落和生态系统过程的直接和间接影响。主要研究结果如下： 1. 气候变暖及其诱导的土壤养分释放速率增加对植物群落有明显的影响，表现在种种植物群落在高度、盖度、密度和生物量等都有不同程度的变化。说明我国温带草原生态系统对气候变化反应敏感。 2. 在群落说平上，气候变暖直接或间接使地上生物量提高17%～90%，但在种群水平，不同种群对模拟气候变化的响应具有很强的个性，而不具普遍性，不同种群反应的大小、方向不同。因此由在不同群落进行研究得出的推论只有部分是可能的，并且即使观测到相类似的反应，它们内在的机制也很可能是不同的。 3. 气候变化显著地影响着凋落物的分解特征。但不同的气候变化情景下，凋落物分解过程的响应不同。在温度升高降水变化不大或升高的情景下，凋落物的分解速率将加快;在气温上升，降水明显下降的情景下，凋落物的分解速率将降低。 4. 草甸草原土壤碳素释放过程和氮素矿化过程对气候变暖有明显的响应。气候变暖将促进土壤有机碳的释放，使草甸草原土壤成为碳源，同时加速氮素矿化速率，在一定程度上提高土壤有效养分的浓度。 5. 在中小尺度上，海拔样带所是应用时空替代原理，研究陆地生态系统与气候变化的理想平台，生物量是综合反应气候变化对土壤-植物系统影响的敏感指标。 6. 草原土壤有机碳和氮在2m～3m的小尺度上存在空间自相关性，其空间自相关尺度受人类活动的影响。

常绿灌木沙地柏对变化环境的反应

毛乌素沙地位于内蒙古鄂尔多斯高原东南部，是一个多层次生态过渡带。沙地柏系柏科(Cupressaceae)圆柏属(Sabina)常绿灌木，是毛乌素沙地中唯一的天然常绿灌木，也是一种具代表性的木本克隆植物。由于沙地柏起源古老、对半干旱沙地的适应性较强，因而吸引了许多中外研究者。本文的目的是初步探讨沙地柏对变化环境的反应。 第2章探讨沙地柏的叶结构与功能随性别、叶型、生长型和生境的变化。（1）沙地柏雌性植株的叶片厚度、失水系数、净光合速率和表观光能利用效率均显著大于雄性植株，而前者的微管束宽度显著小于后者。（2）鳞叶的表皮厚度和水分利用效率显著大于针叶，而针叶的组织密度、失水系数、光合速率、蒸腾速率和Ci/Ca显著大于鳞叶。（3）匍匐茎的最大光合速率、最大表观光能利用效率、光补偿点、暗呼吸速率、表皮细胞长度和微管束大小都显著大于起立茎，而光饱和点、水分利用效率恰好相反。水分饱和亏缺不受生长型的影响。（4）叶片的比叶面积、结构特征、失水系数、气体交换和资源利用效率均受生境类型的显著影响。（5）沙地柏叶结构与功能具有许多普遍性特征，例如，光合曲线为双峰型、具有午休现象，最大光合速率和暗呼吸速率随叶片厚度的增加而降低。 第3章探讨沙地柏根系的分布特征及其对水分资源的共享。（1）地下部分生物量投资、根密度、根面积指数随土壤水分可利用性降低而减小，这种格局有利于减缓沙地柏植株地下部分对水分资源的竞争，从而经济、长时间地利用有限水分资源。（2）根系深度系数、最大根系深度、含50％或90％根系生物量或表面积的根系深度随土壤水分可利用性降低而增大。这些结果指示，沙地柏根系通过增加深度以补偿土壤水分可利用性的降低。（3）根系生物量和表面积分布与土壤现有水分含量的有关性随生境发生变化。（4）根系分布特征既可能记载了植物生境中水分状况的变化，又可在一定程度上为群落动态提供证据。（5）沙地柏根系具有共享水分资源的潜力。 第4章分析沙地柏对养分贫瘠的沙地环境的适应策略。（1）土壤养分并不随土壤水分不可利用性的梯度变化而成梯度变化。（2）叶重比随土壤干旱度增加而增大，地下部分投资比例却相反。（3）N、P、K在叶中分配比随土壤养分含量降低而增大，而在根中的分配恰好相反。（4）N、P利用效率随土壤养分含量减少降低，重吸收效率却相反;K利用效率和重吸收效率、Ca、Mg利用效率均随土壤养分含量降低而增大。（5）沙地柏植株地上部分与地下部分对养分内循环的贡献恰好相反，这指示沙地柏植株对养分内循环的贡献可能存在一种权衡。（6）根系分布对不同养分异质性的影响存在差异，而且对水平和垂直剖面上异质性的影响也不相同。 第5章研究沙地柏种群的繁殖和更新特征。（1）根原基是沙地柏进行营养繁殖的结构基础，它反映营养繁殖能力的潜在大小，受性别、生长型、生境和植株大小级的显著影响;由根原基转化而来的不定根可吸收充足的土壤资源供给萌生分株代谢需要，因此定居分株能够独立维持。（2）雌株的繁殖分配显著大于雄株，但繁殖效率恰好相反;生长型、生境和植株大小级对繁殖分配、繁殖效率和种子产生有明显影响。（3）沙地柏同时具有营养繁殖和有性繁殖，这为种群更新提供了两种方式。由于可供分配的资源有限，两种繁殖方式各有利弊，因此两者间可能存在权衡。（4）根原基数量、繁殖分配、繁殖效率和种子产生随生境变化。这表明未来气候变化对沙地柏种群繁殖特征具有潜在影响。（5）种子质量差、种子萌发率低和幼苗存活率低是制约沙地柏种群有性更新的三个“瓶颈”。（6）沙地柏营养繁殖力强、萌生苗存活率高，这使自然条件下沙地柏种群以无性更新为主。 第6章探讨沙地柏群落的发生和演替。（1）沙地柏系古北极成分，起源古老，天然分布在大陆性干旱、半干旱草原气候带。（2）沙地柏群落的发生方式有两种，即滩地发生和固定沙地发生，但以前者为主。（3）由于毛乌素沙地的干扰频繁，因而沙地柏群落的发展具有多种途径。 第7章探讨切断匍匐茎和除叶干扰对沙地柏生理和生长特征的影响。（1）切断匍匐茎对沙地柏子株存活率的影响不显著，这批示天然压条形成的定居子株能够独立维持。（2）切断匍匐茎对子株气体交换和资源利用效率的影响都不显著，而显著影响其生长和生物量分配特征。（3）除叶干扰通过改变生理指标峰值出现时间从而影响沙地柏生理动态。（4）除叶干扰（尤其是除部分老叶）具有补偿效应，可以促进当年生枝生长和生物量积累。（5）干扰效应受干扰方式、干扰强度和环境因子的共同影响，因此干扰效应多种多样。（6）不同生理、生长指标对模拟干扰的敏感性存在差异。 第8章探讨模拟降雨变化对沙地柏实生苗生理和生长特征的影响。（1）水分变化显著影响沙地柏实生苗的气体交换特征，对所测荧光特征的影响均不显著。这种影响差异指示水分变化主要影响样片的表观性生理特征，而对光系统II的内在本质基本无影响。（2）水分变化显著影响实生苗的水分特征和水分构筑特征。两类特征的变化趋势表明，随施水量增加，沙地柏实生苗的抗旱性和水分利用效率逐渐降低。（3）水分变化显著影响生物量分配，而对形态和生产力指标均无显著影响;根系对水分变化的敏感性高于叶和茎，地下部分生物量投资随水分可利用性提高而增大。

神农架的植被及其1：200，200植被图的编制

神农架位于湖北省西部，长江以北、汉水以南的广阔地带，属北亚热带向暖温带的过渡区域。本文依据该地区所处地理位置的植被分布规律等资料，绘制了1：20万的植被复原图。并在此基础上，运用ERDAS imagine 8.4和Maplnfoprofessional 6.0软件，分别对神农架地区的TM影像（5、4、3波段）进行监督分类及目视解译，同时结合野外的样方调查，绘制了神农架地区1：20万的植被类型图，并建立了相应的属性数据库。最后，根据野外的GPS定位点对制图精度进行了Kappa检验。 制图结果表明，制图区总面积3476.67 km2，共计504个斑块。据统计，林地面积2607.45 km2，森林覆盖率75%;山地灌丛及亚高山灌丛总面积358.62 km2，占总面积的10.3%：草甸面积156.84 km2，占4.51%。自然植被划分为10个植被型，46个群系，以及农田（包括居民点）和茶园两种农业土地利用类型。其中针叶、落叶阔叶混交林面积最大（6个群系），约908 km2，占总面积的26.12%;其它依次为落叶阔叶林（1 1个群系），针叶林（4个群系），常绿阔叶林（3个群系），山地灌丛（5个群系），常绿阔叶、落叶阔叶混交林（3个群系），亚高山灌丛(6个群系)，草甸（4个群系）以及亚高山针叶林（3个群系）等。另外，两种农业土地利用类型面积共计430 kn12，占总面积的12.37%。 植被类型图与复原图叠加分析表明：①常绿阔叶林的理论分布区域，由常绿阔叶林，常绿、落叶阔叶混交林等7种植被型以及农田（含居民点）等土地利用类型共同组成。因处低海拔区域，人口集中，所以农田（含居民点）分布最广，所占面积最大，占到该区域面积的35.28%;加上长期的人为干扰，常绿阔叶林面积缩小至48.76 krr12，占到该区域面积的13.93%;②常绿、落叶阔叶混交林的理论分布区域内，因干扰后落叶阔叶林恢复较快，逐渐占据优势。另外，该区域海拔较低，人类活动也较频繁，农田（含居民点）面积仍有相当的比例;③针阔混交林理论分布区海拔位置高，人为活动影响少，原地带性植被保存较好，分布面积最大;其余部分为落阔林等7种植被型共同组成。④针叶林理论分布区域应是以巴山冷杉林为单优种的亚高山针叶林带，但因历史上的皆伐及火烧等原因，现面积仅有17 kfr12，占该区域的19.8%，其余则为亚高山灌丛及亚高山草甸所替代。

薇甘菊对其入侵地植物种子萌发和幼苗生长的化感影响

薇甘菊主要入侵我国华南的广东、海南和云南三省，给当地造成了严重的危害，其强烈的化感作用被认为是其成功入侵的原因之一。而目前对薇甘菊化感作用的研究还较少，因而对薇甘菊化感作用的认识还有待深入的研究。另外，在对入侵植物入侵群落进行恢复时，由于入侵植物的凋落物以及生长过的土壤都还含有化感物质，常常导致恢复难以继续。因而选择抗化感能力强的物种来恢复薇甘菊的入侵地也成为该研究的一个主题。本文以薇甘菊为实验材料来研究薇甘菊化感作用对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长的影响，同时筛选化感抗性强的物种以进行薇甘菊入侵地的恢复工作。其主要结论如下： 1、薇甘菊根和叶的提取液对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长都有很大的抑制作用，并且这种抑制作用随着提取液浓度的升高以及处理时间的延长而加强，这证明了薇甘菊具有很强的化感作用。 2、一些植物种子萌发和幼苗生长在低、中浓度提取液以及高浓度提取液的短时间的处理下能被促进，不过在高浓度的提取液以及长时间的处理下都被抑制，这说明化感作用是抑制还是促进作用在很大程度上受到提取液浓度和处理时间的影响。 3、薇甘菊提取液（50 g L-1）对紫薇(Lagerstroemia indica)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、黑麦草(Lolium perenne)和西葫芦（Cucurbita pepo）种子处理50-100 h就能极大的影响到其后的种子萌发和幼苗生长，这说明薇甘菊在短时间（50-100 h）就能给植物产生极强的化感作用，也进一步证实薇甘菊很强的化感作用。 4、由于各物种进化历史的不同，而且各物种在对薇甘菊的化感抗性上也存在着差异，所以各物种对薇甘菊提取液的化感反应也各不相同。 5、薇甘菊根提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响要大于叶提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响，而对刺槐和紫薇种子萌发率、初始萌发时间、萌发速率以及幼苗株高的影响却是叶提取液的化感作用强。这支持了一个新的假设：由于物种间代谢的多样性，至少在根和叶对受试植物根的化感影响方面，对于一些物种来说根的化感作用可能强于叶的化感作用，对于另一些物种来说叶的化感作用可能强于根的化感作用。 6、薇甘菊叶提取液对西葫芦种子活力、种子萌发和幼苗生长的化感影响大，而对其后开花时间以及开花的数目没有明显的影响，这说明薇甘菊对西葫芦生活史前期的化感影响要大于对西葫芦生活史后期的化感影响。 7、薇甘菊叶的水提取液对种子萌发的抑制作用要大于对幼苗生长的抑制作用;对非豆科植物种子萌发的影响要大于对豆科植物种子萌发的影响，而对非豆科植物幼苗生长的影响要小于对豆科植物幼苗生长的影响;对本地种的抑制作用要大于对外来归化种的抑制作用。 本研究证实了薇甘菊强烈的化感作用，根提取液对受体植物幼根生长的影响大于叶提取液对受体植物幼根生长的影响，这种化感作用可能极大的促进了薇甘菊的入侵。另外，在恢复薇甘菊入侵群落时，考虑到薇甘菊的化感作用，理应选择外来的已经归化了的非豆科植物的幼苗。

中国都江堰地区两种林龄森林中外生菌根真菌的多样性

外生菌根是重要的菌根类群，在自然界中分布广泛。外生菌根真菌参与了生物地球化学循环，是森林生态系统中的重要组分。由于外生菌根真菌的宿主植物通常是一些生态系统的优势种和建群种，并且这些真菌还参与了许多森林生态系统的有机和无机元素循环、物种的竞争和共存、生物多样性的维持、生态系统的演替等过程，因而对外生菌根真菌的研究有助于对这些生态系统维持和演替机制的深入理解。作者在中国四川都江堰地区选择了两个不同林龄的森林，应用分子生物学方法，研究了它们的外生菌根真菌群落组成。比较分析了两种年龄亚热带森林下真菌群落的物种组成、密度和多样性的差异，并分析了外生菌根真菌群落与宿主植物群落之间的相互关系，主要研究结果如下： (1) 用分子方法(巢式PCR, RFLP和DNA测序)鉴定了87个土样中的ECM真菌。共检测到70种真菌，属于13目21科30属，其中,子囊菌门5目6科6属8种,担子菌门8目15科24属62种。在担子菌门中，革菌目、红菇目和伞菌目三个目的真菌为常见种。 (2) 成熟林的ECM真菌物种数、密度和物种多样性都显著高于幼林。 (3) 少数几种ECM真菌在群落中占绝对优势，而大多数种类的相对多度和相对频度都较低。重要值（IV）至少在一个样地中大于4.0％的真菌共有12种。成熟林中，IV大于4.0％的ECM真菌有8种，分别是：Russula sp.01，Tomentella sp.01，Tomentella sp.04，Tomentella sp.05，Boletales-01，Lactarius sp.01，Tricholomataceae-01，Leptodontidium sp.01；幼林中IV大于4.0％的真菌有6种，分别是：Lactarius quietus，Russula sp.01，Tomentella sp.01，Tomentella sp.02，Tomentella sp.03， Trechisporales-01。 (4) 成熟林与幼林中的优势属有所不同，成熟林以绵菌属和红菇属最丰富，幼林以乳菇属最丰富，其次是绵菌属和红菇属； (5) ECM真菌群落与乔木群落关系密切，ECM真菌群落物种多样性随着菌根乔木群落物种多样性的增加而增加；ECM群落密度随着非菌根乔木群落密度的增加而降低；ECM群落物种数随着非菌根乔木群落物种数的增加而降低。 (6) ECM真菌群落间的相似性与菌根乔木群落间相似性之间呈显著正相关，即，菌根乔木群落之间越相似，则菌根群落之间也越相似；ECM群落间的相似性与非菌根乔木群落间的相似性之间无相关性。

内蒙古多伦典型草原植物多样性与生产力的关系及其对水分梯度的响应

为了研究草地群落发展的初期阶段物种多样性和生产力的关系及对降雨梯度的响应，同时确定草地群落面对降雨量的波动时物种多样性和地上生物量稳定性的关系，我们在2004-2005年在内蒙古草原进行一个为期二年的实验。我们在降雨梯度内（增雨、对照、减雨）模拟群落物种丰富度（4种，8种和14种）。我们的结果表明，在草地群落早期阶段观测到的物种丰富度及地上生物量的关系不同于群落发展成熟稳定时的关系。我们发现：1）无论是在群落水平还是功能群水平，盖度相对物种丰富度都是一个决定群落地上生物量的重要因素； 2）不同植物功能群表现出不同的物种丰富度-地上生物量的关系。这可能是因为不同功能群植物的横向扩展能力不同导致；3）在群落水平和豆科固氮功能群，地上生物量随着土壤含水量的增加而增加，但禾本功能群和非豆科非禾本功能群的关系不显著；4）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大；5）在我们实验中，具有较高的物种丰富度植物群落的地上生物量比那些物种丰富度低的群落较为稳定，我们的研究结果因此支持“保险假说”；6）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。 为了补充2004-2005年实验结果，我们在2006年同一个实验样地进行了另一个实验。2006年实验土壤经过翻耕平整，然后选择植物幼苗移载。在这种情况下，我们发现：1）物种组成是决定地上生物量一个关键因素；2）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大; 3）混合群落表现出超产效应，物种丰富度高的群落超产的比例较高；4）在三个水分处理梯度都没有发现物种丰富度和群落可靠度存在相关关系；5）在所有水分处理样方都发现地上生物量和土壤含氮量呈现非常显著的负相关关系；6）土壤含氮量和土壤含碳量与土壤湿度呈现非常显著的正相关关系；7）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。