牡丹复合体的研究

牡丹复合体属芍药属(Paconia)牡丹组(Sect. Moutan)．原有6个种名，包括花壬 牡丹、名贵野生花卉紫斑牡丹，著名中药牡丹皮原植物，野生种类为我国特有，仅分 布在以秦岭为中心的较小区域．本研究从山西、陕西、河南、湖北、甘肃共采集14 个居群（包括复合体不同类型）．通过野外居群调查、样方研究，移栽实验，以及细 胞学观察、孢粉学观察分析、种子蛋白和DNA水平多样性的探索性的工作，并结合 聚类分析方法，对牡丹复合体进行了分类学和保护生物学两方面的研究，主要结论 为： 1．本复合体为多年生木本植物，生长缓慢，在天然状况下，从种子播种到开花结实长达7年．枝条通常具隔年开花习性．严格单花顶生，花期短(5-10天)．雄蕊先熟，以异花传粉为主（主要传粉者有甲虫和野蜂）．自交亲和，甲虫在传粉过程中常常破坏心皮和胚珠．胚珠败育比例很高，紫斑牡丹50%．其它类群达90%． 2．种子生物学特性研究，发现本复合体种子属正统种子，但种子衰变快．种子萌发时间长，一般的化学及物理处理对种子萌发无明显促进作用，种子具上胚轴休眠特性．打破休眠需要两个条件：一是胚根长足3 cm．二是10℃左右的低温或GA3处理，野生紫斑牡丹种子较大，复合体其它野生类群种子较小．野生牡丹的种子活力相当低，萌发时间更长． 3．样方的调查统计表明，稷山和永济两地区的矮牡丹株数一龄级分布规律是2—5年生个体最多，随年龄级的增加，个体数目减少．居群呈增长趋势．紫斑牡丹株数一龄级分布规律是青壮年时期个体数目多，幼年时间和老年时期个体数目少，居群呈衰退的趋势，这与其本身繁殖方式和人为破坏程度相关． 4．对13个居群花粉扫描电镜观察表明，本复合体紫斑牡丹(P. rockii)为粗网纹，网眼大，其它类群为细网纹、网眼小． 5．通过18个居群的核型分析并结合前人工作，发现本复合体染色体数目稳定2n =10．核型差别不大，野生类群和栽培品种间有一定分化，但总体上核型多样性比较贫乏．通过8个居群C带研究，发现带纹很少，但多样性很丰富．8个居群表现出7种带型． 6．种子蛋白和DNA水平多样性的初步研究，发现复合体具有较丰富的多样性．但多样性的分布对类群的划分帮助不大，有待进一步研究． 7．通过形态性状分析发现产自各地区矮牡丹、河南粉花类型、神农架红花类型具根出条现象，并以此为主要繁殖方式，紫斑牡丹无此现象．神农架红花类型植株矮小，复合体其它类群较高．产自各地区的矮牡丹和神农架红花类型为二回三出复叶．小叶数目多为9．矮牡丹顶生小叶具浅裂、中裂或深裂，裂片具齿，神农架红花类型顶生小叶仅具浅裂或齿（全缘）．河南粉花类型为二回羽状复叶．小叶数目12-15．紫斑类型叶为二回或三回羽状复叶、小叶数目15-40．小叶分裂方式分两种类型，秦岭西部居群以浅裂、全缘为主，东部居群以中裂或深裂为主，裂片具齿．神农架红花类型花为平展型、较小，其它地区花杯状、较大．花盘有二种类型．紫斑类群花盘黄色或白色．1／2-4／5包被心皮，心皮被稀疏长柔毛，其它类群花盘紫红色，全包心皮，心皮密被短硬毛．根据形态性状分析．并结合细胞学、孢粉学和地理分布研究，对复合体做如下处理：(l)把神农架红花类型做为新种处理P．quii Y.L．Pei et Hong．(2)保留P.rockii(S.G.Haw et L.A. Lanener)T.Hong ct J.J.Li和P.ostii T.Hong et J．X. Zhang．前者进一步分成二亚种：subsp. rockii和subsp. lanceolata Y.L．Pei et Hong（新亚种）．后者包括河南粉花类型，中药丹皮原植物．(3)保留P．suffruticosa Andr.种内分二亚种：subsp. suffruticosa和subsp. spontanea (Rehd．)S．G. Haw et L．A, Lauener. (4)废弃P.papaveracea Andr.和P.jishanensis T.Hong et W.Z.Zhao (5)P．yanancnsis T．Hong et M.R．Li作为存疑种处理． 8．通过上述研究对野生牡丹濒危原因加以分析，认为致濒原因主要是人为干扰和种子萌发和传粉特点等生物学特性造成，但以前者为主，建议应广泛开展各个层次多样性研究，为生物多样性保护利用奠定基础。

牡丹复合体的分子进化和系统学研究---细胞核核糖体基因变异的分析

牡丹复合体(Paeonia suffruticosa Andr. Complex)属芍药属牡丹组，为中国特有的落叶亚灌木，野生类型均为濒危种，仅局限分布于以秦岭为中心的较小区域。由于分布区有限，个体数量少，栽培历史长，育种广泛，种间极易杂交，网状进化的广泛发生，使得该复合体分类混乱。本文选取牡丹复合体6个野生种以及2个近缘类群，采用分别基于核酸印迹杂交和聚合酶链式反应的限制性酶切片段长度多态性分析，对细胞核核糖体基因片段ITS/18s的变异进行了分析，并且结合采用微卫星DNA指纹分析技术。选取18种内切酶对特异片段进行酶切消化。共得149个酶切位点，其中67个为变异位点，占45.0%。其中编码区(2．Okb，含18s，5.8s，26s)有突变位点29个，占该区段长度的1.4%;非编码区(490bp，含ITS-1，ITS-2)有突变位点38个，占该区段长度的7.8%。由此，可明显比较二者进化的保守程度和进化速率。两段间隔区的变异程度也存在差异。ITS-1为6.0%．ITS-2为9.9%。这说明构建系统树时二者的选用应得到综合考虑或加权。在复合体内不存在长度变异，即无缺失或插入发生，暗示了该复合体各种之间亲缘关系的紧密。根据Neighbor-joining法并计算遗传距离构建系统关系图，结果如下：(1)卵叶牡丹（神农架红花类群）与紫斑牡丹分化较早，考虑其与复合体内其它各种之间的遗传距离，支持将其定为新种的观点;(2)神农架白花类群与与卵叶牡丹亲缘关系非常相近，这一结果支持了来自其它分子和表型分析的结果;(3)延安牡丹与紫斑牡丹亲缘关系极近，但与矮牡丹关系较远，是否为上述两个种的杂交种，目前为止尚无充分的证据，作为存疑种处理;(4)川牡丹和矮牡丹进化关系密切，这一结果与ITS序列分析结果完全一致，加之其地理分布式样的不连续性说明了它们的古老和残存性质，这可进而推广至本复合体乃至整个牡丹组。我们认为现存的分布格局可能是地理与气候演化的产物，估计牡丹组的野牡丹复合体从本复合体分化出去的时间约为310 - 750万年前。由于基因间协调进化的不均一作用和该类群杂种的早期起源限制了核糖体基因在追溯其网状进化历程上的作用，这符合基因转换的梯度理论。最后讨论了nrDNA得到的基因树与其它的基因树和种系树之间的关系。

牡丹花芽分化类型与促成连续二次开花

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.），芍药科芍药属植物，是我国的传统名花，因花朵硕大、花色丰富、花型齐全而显雍容华贵、富丽端庄，“惟有牡丹真国色，花开时节动京城”，深受人民的喜爱。人们在欣赏牡丹的过程中，一方面为其艳丽多姿而赞叹，同时又为其自然花期较短且集中而遗憾，“弄花一年，看花十日”，因此，如何通过栽培等技术措施使牡丹连续开花，一直是牡丹研究者探索的重要课题。近年，在对牡丹栽培的系统研究中，发现不同牡丹品种的花芽分化类型（数量、梯度）直接影响其开花数量和开花次数。为了有效地利用不同类型的牡丹，选育出更多的丰花、同株可连续开花的品种，服务于牡丹的产业化生产，本试验对4个牡丹品种群的135个品种进行了同枝条芽数的统计分析及花芽分化梯度的划分，阐明了花芽分化类型与促成连续二次开花的关系。初步测定了具有促成连续二次开花习性的牡丹品种‘High Noon’不同芽位腋芽内源激素的含量，揭示了牡丹同株连续二次开花过程中不同芽位腋芽内源激素的生理变化规律，为解决牡丹同株花期短、不能同株连续开花的难题奠定了理论基础。本研究主要结果如下： 1、牡丹花芽分化类型与自然开花的关系 通过对135个牡丹品种花芽分化数量和梯度类型的调查，将同枝条的芽数聚类为少（3-4）、中等（5-7）、多（8-10）三类;将花芽分化梯度划分为小、中、大三种类型。芽数类型和花芽分化梯度类型均与品种群有一定的关系。中原品种群中90%的品种属于芽数少的类型，47%的品种属于分化梯度大的类型;日本品种群中73%的品种属于芽数中等的类型，52%的品种属于分化梯度中的类型;法国品种群和美国品种群品种调查数量较少，但大多数品种属于芽数中等的类型，分别占80%和44%，分化梯度小的品种分别占调查总数的40%和67%。绝大部分品种的腋花芽因在枝条上着生的位置不同而有明显的异质性，上部芽顶端优势强，萌动率和开花率均高，芽数多的品种中、下部芽在春天自然开花季节常处于休眠状态。 2、牡丹花芽分化类型与促成连续二次开花的关系 花芽分化数量的多少与梯度的大小直接影响着开花次数。花芽分化数量少、梯度大的品种不建议直接用于同株促成连续二次开花栽培;花芽分化数量中等或多、梯度小的品种可以实现同株促成连续二次开花，10个试验牡丹品种中的中原牡丹品种‘如花似玉（Ru Hua Si Yu）’和美国牡丹品种‘High Noon’具有同株连续二次开花能力，且二次开花率达75%以上，两次开花品质均优良。 3、‘High Noon’不同芽位腋芽内源激素与促成连续开花的关系 通过测定美国牡丹品种‘High Noon’同枝条不同芽位腋芽萌动前期、后期内源激素含量，结果表明：萌动后期不同芽位腋芽的GA3、IAA、ZRs含量增加，尤其1位芽、2位芽含量增加显著;萌动后期ABA含量则随着芽位自上而下增加显著，可能是导致下部芽继续保持休眠状态的主要原因;萌动后期下部芽的ABA/ZRs配比增幅较高，说明ABA/ZRs配比与芽的生长与休眠关系密切。

中国古牡丹资源调查及衰老相关研究

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）是芍药科芍药属牡丹组植物，花大、色艳、型美、香郁、药用范围广、文化内涵丰富，被尊为“国色天香”、“花中之王”。我国植牡丹、赏牡丹有1600多年的历史，培育了许多价值高的品种，遗憾的是个别黄色、鲜红色、绿色等珍贵品种不断消失，而且现有的一些文化价值与观赏价值极高的古牡丹、著名的牡丹园的老牡丹均出现了衰弱现象，有的已奄奄一息。为了探索传统牡丹品种消失及牡丹衰老的原因，本研究在充分调查、整理国内品种资源的基础上，总结了牡丹品种的传承和消失情况，掌握了古牡丹的资源状况。通过连作土壤栽培试验证明了牡丹连作障碍的存在，并选定了生长在同一区域的5、10、15、20、25、30年生6个株龄的‘洛阳红（Luo Yang Hong）’为研究对象，从形态指标的调查、生理指标的测定、根际土壤及根系浸提液的化感成分分析三个方面着手，确定了牡丹开始衰老的时期;揭示了牡丹衰老机理;总结了古牡丹保留、复壮、养护办法;为牡丹专类园的管理及可持续性发展提供了理论和技术指导。本研究主要结果如下： 1、牡丹品种和古牡丹资源 通过对中国牡丹品种资源的文献查阅和实地考察，系统整理了我国不同时代的品种状况，调查结果表明：宋、元、明、清共有品种1109种，目前仅存143种，品种资源消失十分严重。收集整理了49处古牡丹资料，并据此绘制了我国目前古牡丹分布图;实地调查了17处24株古牡丹，详细介绍了部分品种的来历传说、生长状况和衰亡原因。5个优良传统品种在中国科学院植物研究所牡丹种质资源圃内得以保存，其中潞城古牡丹，植株最大（高2.3 m，冠径5.6 m），且生长旺盛;西溪牡丹属丰花品种，40年植株可开花811朵。 2、牡丹连作障碍 利用牡丹连作根际土壤及其浸出液栽培牡丹，结果表明，播种苗及分株苗的生长均受到了抑制;连作年限越久的处理抑制作用越强;根际土壤浸出液对牡丹生长的影响较大，对前期地下部和后期地上部都有很强的抑制作用，而且还抑制了上胚轴休眠的解除;根际土壤对后期株高和展叶幅的影响较大，对播种苗前期生根影响不大。牡丹存在连作障碍现象，连作障碍是牡丹衰弱的重要原因。 3、牡丹衰老时间及机理 通过对6 个株龄‘洛阳红’的形态、生理指标及根际土壤化感成分的比较得出，牡丹在同一地方大约栽植15 年后开始衰弱，20 年以内应该采取复壮措施。利用气相色谱—质谱联用技术（Gas Chromatograph-Mass Spectrometer, GC-MS）检测到根际土壤及根系浸提液中主要存在：烷烃、烯烃、芳香烃、醇、醚、酚醌、有机酸、醛、酮、酯、苯、胺等12 类有机物。对比分析得出有12 种物质可能是根系分泌物，根际土壤中可能具毒害作用的物质有40 种，栽植牡丹使土壤中增加的物质有24 种。 4、古牡丹复壮技术及应用 栽培基质中添加活性炭、沙子、麦饭石等均能有效的促进牡丹的生长，以活性炭的效果最好。对“汉牡丹”实施了综合复壮措施，效果明显。

Natural 13C abundance as a tracer for studies of soil organic matter dynamics

A method for measuring the long- and medium-term turnover of soil organic matter is described. Its principle is based on the variations of 13C natural isotope abundance induced by the repeated cultivations of a plant with a high 13C/12C ratio (C4 photosynthetic pathway) on a soil which has never carried any such plant. The 13C/12C ratio in soil organic matter being about equal to the 13C/12C ratio of plant materials from which it is derived, changing the 13C content of the organic inputs to the soil (by altering vegetation from C3 type into C4 type) is equivalent to a true labelling in situ of the organic matter. Two cases of continuous corn cultivation (Zea mays: δ13C = −12%.) on soils whose initial organic matter average δ13C is −26%. were studied. The quantity of organic carbon originating from corn (that is the quantity which had turned-over since the beginning of continuous cultivation) was estimated using the 13C natural abundance data. After 13 yr, 22% of total organic carbon had turned-over, in the system studied. Particle size fractions coarser than 50μm on the one hand, and finer than 2μm on the other. contained the youngest organic matters. The turnover rate of silt-sized fractions was slower

Structural stability and electronic properties of Ba2MIrO6 (M = La, Y) by first principles

We investigate the structural stability and electronic properties of ordered perovskite-type compounds Ba2MIrO6 (M = La, Y) by use of density functional theory. Cubic (Fm-3m), rhombohedral (R-3) and monoclinic (P2(1)/n) phases are considered for each compound. It was found that the most energetically stable phase for Ba2YIrO6 and Ba2LaIrO6 is P2(1)/n andR-3, respectively. It is also interesting to find that Ba2YIrO6 in R-3 phase, which was not reported in experiment, has a slightly lower energy than experimentally observed cubic Fm-3m phase.