四川黄龙杓兰属植物的传粉生物学

兰科植物传粉生物学的研究以往多集中于单个物种上，很少对两个以上的物种同时进行研究。但后一类研究对于理解一个地区或一个代表类群的传粉适应是大有裨益和非常必要的，毕竟单一种植物与其传粉者在一个居群或是一年中的相互关系所提供的有效信息是非常有限的。杓兰属Cypripedium L.是兰科植物中比较原始的类群，全世界约有50种;中国是杓兰属植物的分布中心，有30多种。但是，有关该属植物的传粉生物学研究集中在欧、美的种类，中国绝大部分物种尚未进行这方面的研究。本文通过对分布于四川省黄龙寺自然保护区的8种杓兰属植物的传粉生物学研究，探讨了该属植物的传粉机制、适应进化及生殖隔离等问题。 1． 杓兰属植物的繁育系统 虽然所研究的8种杓兰人工自交授粉均可以成功结实，但在自然条件下都必须依赖于昆虫才能结实成功，表明杓兰属植物的繁殖系统以异交授粉为主。 2． 杓兰属植物的传粉系统以及传粉系统的进化趋势 杓兰属植物一向被认为是典型的蜂类传粉物种，本文所包括的西藏杓兰C. tibeticum King ex Rolfe、离萼杓兰C. plectrochilum Franch.、绿花杓兰C. henryi Rolfe与褐花杓兰C. smithii Schltr.的传粉生物学研究也证明了这一点。但研究发现最进化的“无苞组”的3种杓兰，即无苞杓兰C. bardolphianum W. W. Smith et Farrer、小花杓兰C. micranthum Franch.与四川杓兰C. sichuanense Perner都是由蝇类传粉的，而黄花杓兰C. flavum P. F. Hunt et Summerh.则可由蜂类和蝇类共同传粉。结合杓兰的种间系统关系，本文认为杓兰属中存在从蜂类传粉系统向蝇类传粉系统的进化趋势。 3．杓兰属植物传粉系统的特化机制 传粉观察表明8种杓兰均有多种多样的访花昆虫，但只有1种或1类具有相同功能的昆虫能成为其传粉者。这说明杓兰属植物是具备特化传粉系统的种类。以离萼杓兰为例进行的花色、花香及花结构的分析表明，杓兰拥有特化的传粉者几乎完全是由于受到花结构的限制，特别是雄蕊到唇瓣底高度（AL）、柱头到唇瓣底高度（SL）、唇瓣入口直径（DL）与唇瓣出口宽度（EL）的大小。这些因素决定了昆虫是否能进入唇瓣，是否能碰触到柱头和花粉，是否能从出口挤出来。因此，杓兰的唇瓣的主要功能不仅是象原来所认为的作为“陷阱”来诱捕昆虫，而且同样作为一种促进产生“特化传粉”的机制而存在。 4． 杓兰属植物吸引昆虫的机制 杓兰属植物具有复杂的吸引昆虫的机制。离萼杓兰、黄花杓兰主要以泛化的食源性欺骗机制来吸引昆虫，绿花杓兰能通过其唇瓣和退化雄蕊的光滑特性诱使其传粉昆虫被动进入唇瓣中，西藏杓兰可以通过“筑巢式欺骗”来吸引昆虫，无苞杓兰则可通过模拟成熟果实来吸引其特化的传粉者—果蝇Drosophila spp.。 5． 杓兰属植物的花部特征与传粉系统的适应 在整个杓兰属内，不同种类植物的花色与花香和传粉者种类间没有统一的规律。但是，杓兰属植物的唇瓣大小与其传粉者大小之间存在比较明显的适应关系。体积最大的西藏杓兰、褐花杓兰与黄花杓兰由体型最大的熊蜂Bombus spp.传粉，体积中等的离萼杓兰、绿花杓兰、四川杓兰由中等大小的蜂或蝇传粉，而体积最小的无苞杓兰与小花杓兰由体型很小的果蝇传粉。 在杓兰属中，大部分种类的花粉只是粘性的团状，只有一部分能在一次访问中被昆虫带出，如黄花杓兰、西藏杓兰、离萼杓兰及绿花杓兰的花粉团。与此不同，在2个“无苞组”的杓兰，即无苞杓兰、小花杓兰中，它们的花粉凝聚成块状，而且它们的传粉昆虫(果蝇)的一次访问可带出一侧雄蕊的全部花粉。它们的花粉成块可能是对果蝇这类小昆虫传粉的一种适应。 6． 杓兰属植物的生殖隔离机制 本文的研究表明，杓兰属植物之间人工杂交授粉可以成功结实，它们主要是通过受精前隔离机制保持物种界限的。它们的受精前隔离机制多种多样。具有相同传粉者—果蝇的无苞杓兰与小花杓兰通过地理隔离机制保持物种界限; 同域的西藏杓兰与黄花杓兰通过利用不同大小的熊蜂作为传粉者来保持生殖隔离;同域的离萼杓兰与绿花杓兰可能通过花香成分的不同特化吸引同一属中不同种的传粉昆虫;而同域的西藏杓兰与褐花杓兰之间并不具备完善的生殖隔离机制。

广布小蝶兰及两种根茎兰属植物的传粉生物学研究

植物与传粉者的关系并非一门独立的学科，它包含很多进化生物学的内容。传粉生物学研究为我们理解植物进化的一些关键问题，如生殖隔离、物种形成、适应进化等提供重要证据。兰科植物由于其精巧的花部结构及其独特的传粉机制，备受传粉生物学家的关注。从达尔文时代以来，有大量的文献记载了欧洲兰族植物的传粉生物学的各个方面，其中，共涉及4种欺骗性传粉方式，它们几乎代表了兰科植物中近1/3没有报偿兰花所有的欺骗类型。然而，到目前为止，尽管在中国有丰富的兰族植物资源，中国兰科植物的传粉生物学研究仍然很缺乏。 在本研究中，作者以黄龙自然保护区内兰族的2种根茎兰属植物和1种小蝶兰属植物为材料，研究它们的传粉生物学，并探讨他们之间的生殖隔离机制。 1． 根茎兰属Galearis 及小蝶兰属Ponerorchis植物的交配系统 所研究的2种根茎兰属植物和1种小蝶兰属植物人工自交授粉均可以成功结实。在自然条件下，广布小蝶兰和二叶根茎兰都必须依赖于昆虫才能结实成功，而黄龙根茎兰则是以自花授粉为主。 2． 广布小蝶兰Ponerorchis chusua的传粉系统 在黄龙自然保护区进行了连续2 年的野外观测和实验，结果表明，广布小蝶兰是一种自交亲和，但需要昆虫传粉的欺骗性植物。广布小蝶兰的主要传粉者为雌性Bombus rufofasciatus，雌性B. consobrinus wittenburg，B. cucorun的蜂王和雄性B. pyrosona。熊蜂对广布小蝶兰具有典型的欺骗性兰花传粉的特征，即访问十分迅速，并且一般一个植株只访问一朵花，避免了同株异花授粉。 3． 二叶根茎兰Galearis diantha的传粉系统 野外观察表明，二叶根茎兰只有一种有效的传粉者，其访问频率不高，访 问时间短，并且会一次访问一个植株的两朵花，不可避免的产生同株异花授粉。自然结实率为23.0－26.8％，人工授粉实验证明传粉者限制是结实率较低的主要原因。 4. 黄龙根茎兰Galearis huanglongensis的传粉系统 研究结果表明，黄龙根茎兰为自动自花授粉的植物，黄龙根茎兰的花粉约在花开放4天后，花粉块从花粉囊中掉出，由于重力作用，花粉块柄弯曲使花粉接触到柱头，完成传粉。 5. 根茎兰属Galearis及小蝶兰属Ponerorchis植物的生殖隔离机制 本文的研究表明，根茎兰属内的杂交及与小蝶兰属间植物之间人工杂交授粉均可以成功结实，它们物种之间的生殖隔离主要是通过受精前隔离机制。具有相同传粉者（B. rufofasciatus）的广布小蝶兰与二叶根茎兰通过机械隔离机制保持物种界限。

鄂尔多斯高原景观要素空间格局及植物与环境关系的定量解析

鄂尔多斯高原是一个多层次、复杂的生态过渡带，具有复杂多样的环境条件、生态特点，因此也就具有复杂多样的植物与环境关系。本文从群落和景观两个尺度水平上研究鄂尔多斯高原植物或植被与环境关系及景观空间格局。利用鄂尔多斯高原野外植物群落样方调坦数据、微生境环境数据、气候数据，以典范对应分析（Canonical Correspondence Analysis, CCA）的方法分析了鄂尔多斯高原植物分布空间格局与环境要素的关系并对秋类环境要素对鄂尔多斯高原植物空间分布格局的贡献进行了定量分解;利用1:500 000 鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用、土地沙漠化类型等专题地图在GIS支持下分析了鄂尔多斯高原景观空间格局、并利用上述专题图数据加上鄂尔多斯高原气候数据库分析了土壤、土地利用、土地利用、土地沙漠化和气候等对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的作用。通过分析，得到了以下主要结论： 1 在分析方法上、利用典范对应分析的方法，把植物分布的空间因素与环境因素分离的方法发展为植物分布空间格局不同类型影响因素作用的定量分离，提出了相应的概念模型和实现方法。 2 影响鄂尔多斯高原植物分布空间格局的主要微生境环境要素是基质类型、地下水位、覆沙厚度等，而影响鄂尔多斯高原分布空间格局的主要气候要素中，降水和干湿指标的作用大于温度和热量指标的作用。 3 通过对鄂尔多斯高原植物分布空间格局与环境关系的研究，以植物对微生境环境要素的反应为根据，把鄂尔多斯高原主要植物划分为4个大类群：梁地植物、沙地植物、草甸植物和耐盐植物。根据它们对气候要素的反应，把鄂尔多斯高原主要植物划分为典型草原植物、荒漠草原植物和草原化荒漠植物3大类。进一步，根据鄂尔多劳动保护高原植物与环境关系的研究，进行了鄂尔多斯高原植被功能型划分的尝试，得到了鄂尔多斯高原的12种主要植被功能型。 4 对鄂尔多斯高原植物分布的空间格局的影响环境因素的贡献作了定量地分解。分析结果显示：鄂尔多斯高原植物分布空间格局中有27.02％可由已知环境变量得到解释，其中21.56％与微生境环境要素相关，7.51％与气候要素的作用有关，而气候与微生境环境要素的耦合作用的份额为2.05％。根据植物生长是否直接受到地下水的影响，鄂尔多斯高原存在两大类型生态特点差异明显的生境类型：中性立地和隐域生境，对两大类型生境上影响植物空间分布格局的环境要素的作用也进行了定量分解。分析结果表明：对于植物生长不直接受地下水影响的中性立地，已知环境要素的作用可以解释植物空间分布格局总信息的29.36％，稍大于对总体上鄂尔多斯高原植物分布空间格局的解释，其中9.23％与气候要素相关，22.08％与微生境环境要素相关，而两种类型环境要素的耦合作用则占1.95％。对于植物生长直接受到地下水影响的隐域生境，所有已知环境要素对植物分布空间格局的贡献率为72.28％，其中气候要素的作用为30.31％，微生境环境要素的作用为49.08％，两类环境要素的耦合作用为7.11％。 5 描述景观空间格局的指数多种多样，这些能数在描述特定区域的景观空间格局时是有信息冗余的。本文对利用FRAGSTATS所获得的鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用、土地沙漠化等景观分量的20个景观指数实施了因子分析。通过因子分析，我们可以把描述鄂尔多斯高原景观空间格局的景观指数归并为以下8类：多样性指数、斑块多度指数、斑块类型丰富度指数、斑块面积指数、斑块形状指数、分形维数、空间配置指数和斑块面积变异指数。通过因子分析，还得到了这些景观指数对描述鄂尔多斯景观格局的共性特征：在描述鄂尔多斯高原景观空间格局时，作用最大的是多样性指数、斑块多度指数、面积加权平均斑块形状指数和面积加权平均分形维数，其次是斑块类型丰富度指数、平均分维指数、平均形状指数和斑块面积指数，而空间配置指数（扩散与毗连指数）和斑块面积变异指数的作用则比较微弱。 6 对鄂尔多斯高原景观指数的因子分析是非常有效和成功的。因子分析对鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用、土地沙漠化景观指数的分析分别得到了5-6个主要因子，可以表达原有20个景观指数所表达信息的91.1-96.0％，即可以反应鄂尔多斯高原景观空间格局的大部分信息。本文所进行的因子分析对因子进行了方差最大化(Varimax)正交旋转的处理，因子分析得到的每一个主要因子都有一个或几个与之相关性非常高的景观指数与之对应，因此，就可以用与因子分析所得主要因子相关性最高的景观指数代替该主要因子来表达鄂尔多斯高原的景观空间格局。另外还因为有些景观指数之间具有极高的相关系数，所以对因子分析所得到的景观指数可以进一步精减，最后利用因子分析成功地把原有20个景观指数减少到了11个。最后被选来描述鄂尔多斯高原景观格局的景观指数有下列11个：MSIEI（修正的Simpson均匀度指数）、AWMPFD（面积加权平均斑块分形维数）、AWMSI（面积加权平均形状指数）、NP（斑块数目）、PR（斑块类型丰富度）、MSI（平均形状指数）、MPFD（平均斑块分形维数）、MPS（平均斑块面积）、PSCV（斑块面积变异系数）、DLFD（双对数分形维数）和IJI（扩散与毗连指数）。 7 鄂尔多斯高原植被、土壤、土地利用在景观组成结构上具有一个共同特点，就是各种类型的面积差异极大，少数类型占有极大比重，而其余面积则很小。产生这一情形的原因主要与人为活动的强烈影响有关，表现在地带性的植被与土壤面积所占的比重不高，沙地、沙生植被与风沙土则占有很大比重。 8 以地带性植被和滩地隐域性植被表示的鄂尔多斯高原的原生植被仅占高原面积的不足30％，而以地带性土壤和滩地隐域性土壤表示的原生性土壤占鄂尔多斯高原总面积的近40％，说明土壤退化不如植被退化严重，或滞后于植被退化。 9 鄂尔多斯高原各景观指数的空间变化曲线，植被与土壤很相近，具有非常相似的格局;土地利用景观格局空间变化特征与植被、土壤等明显不同;土地沙漠化的景观格局空间变化曲线介植被曲线、土壤曲线与土地利用曲线之间，说明土地沙漠化不仅是一个受人为活动影响的过程，而且与自然过程密切相关。 10 鄂尔多斯高原景观格局的空间梯度变化表现出了东西向和南北向的梯度，但总体上以东西向的变化比较明显。 11 通过鄂尔多斯高原土壤类型、土地利用、土地沙漠化等景观要素、气候、空间要素与鄂尔多斯高原植被空间分布格局的CCA分析，探讨了它们之间的相互关系。以对鄂尔多斯高原植被组成数据的总方差解释的百分率为标准，土壤对鄂尔多斯植被分布的空间格局的作用最大，其方差贡献率可达44.28％，其次是土地利用与鄂尔多斯高原植被的关系也很密切，土地利用对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的方差贡献率为22.45％，空间因素对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的贡献率为17.51％，土地沙漠化对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的贡献为15.65％，排在第四位;气候因素对鄂尔多斯高原植被空间格局的贡献率为11.95％，居第五位。 12 在气候要素对鄂尔多斯高原植被空间分布格局的作用中，降水与干湿指标的作用大于温度与热量指标的作用。这一点与利用野外调查样方的群落数据植物与气候关系的分析是完全一致的。CCA分析还表明鄂尔多斯高原植被空间格局的东西向变化大于南北向分异。 13 在群落和景观水平上，鄂尔多斯高原植物空间分布或植被格局的影响因素的作用具有相似的格局，即气候因子的作用明显地小于地质、土壤、水文等微生境环境要素（群落水平）或土壤（景观水平）的作用，并在这两个尺度上气候要素对植物空间分布或植被格局的定量解释份额上也是非常相近的，都仅有10％左右。气候因子对鄂尔多斯高原植物空间分布格局的这种弱的解释能力，从侧面说明了人为活动等非自然因素对鄂尔多斯高原植物空间分布格局的强烈作用。 14 在鄂尔多斯高原生态系统管理上，应协调人与自然的关系;加强鄂尔多斯高原的生物多样性保育，对于本区生态和经济对非常重要的滩地，应协调好对其开发利用与保护的关系;在鄂尔多斯高原土地沙漠化防治方面，应把调整人地关系与自然生态背景与条件相结合，如使用“三圈”模式等生态系统管理模式等。

Characterization of two genes encoding leucine-rich repeat-containing proteins in grass carp Ctenopharyngodon idellus

The cDNAs and genes of two different types of leucine- rich repeat-containing proteins from grass carp ( Ctenopharyngodon idellus) were cloned. Homology search revealed that the two genes, designated as GC-GARP and GC-LRG, have 37% and 32% deduced aminoacid sequence similarities with human glycoprotein A repetitions predominant precursor ( GARP) and leucine-rich alpha2-glycoprotein (LRG), respectively. The cDNAs of GC-GARP and GC-LRG encoded 664 and 339 amino acid residues, respectively. GC-GARP and GC-LRG contain many distinct structural and/or functional motifs of the leucine- rich repeat (LRR) subfamily, such as multiple conserved 11-residue segments with the consensus sequence LxxLxLxxN/CxL ( x can be any amino acid). The genes GC-GARP and GC-LRG consist of two exons, with 4,782 bp and 2,119 bp in total length, respectively. The first exon of each gene contains a small 5'-untranslated region and partial open reading frame. The putative promoter region of GC-GARP was found to contain transcription factor binding sites for GATA-1, IRF4, Oct-1, IRF-7, IRF-1, AP1, GATA-box and NFAT, and the promoter region of GC-LRG for MYC-MAX, MEIS1, ISRE, IK3, HOXA9 and C/EBP alpha. Phylogenetic analysis showed that GC-GARP and mammalian GARPs were clustered into one branch, while GC-LRG and mammalian LRGs were in another branch. The GC-GARP gene was only detected in head kidney, and GC-LRG in the liver, spleen and heart in the copepod ( Sinergasilus major)- infected grass carp, indicating the induction of gene expression by the parasite infection. The results obtained in the present study provide insight into the structure of fish LRR genes, and further study should be carried out to understand the importance of LRR proteins in host - pathogen interactions.

CO2浓度升高对三种树木叶片化学和舞毒蛾幼虫取食及生长的影响

探讨全球气候变化的生物学和生态学效应是当今生态学中的热点，研究大气CO2浓度升高对植物-昆虫相互作用关系的影响具有重要的理论和实践意义。本文使用开顶式气室（Open-top chamber，OTC）在野外条件下研究了CO2浓度升高对三种树木（小青杨、白桦和蒙古栎）叶片化学成分含量的影响，以及树木叶片品质变化对一种广食性森林昆虫（舞毒蛾）幼虫取食、生长发育和取食偏嗜性的影响。得出如下结果：（1）CO2浓度升高对3个受试树种叶片中的营养成分及次生代谢物含量均有显著影响，总体表现为氮含量降低，而碳氮比、非结构性碳水化合物、总酚和缩合丹宁含量增加。叶片中的化学成分含量可随时间发生显著变化，不同树种、甚至同一树种不同冠层高度的叶片对CO2浓度升高的响应强度也是不同的。叶片的干物质含量和比叶重对CO2浓度升高的响应不显著。（2）室内非选择性取食实验、室内选择性取食实验以及上树取食饲养方式下的多龄期取食实验，均发现高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫的生长发育受到显著抑制。但对四龄舞毒蛾幼虫所进行的短期生物测定并未发现不同CO2浓度处理下幼虫的生长发育速率、对食物的取食率和转化率等昆虫营养指标存在显著差异。（3）叶片品质的降低是导致舞毒蛾幼虫生长发育受抑制的主要原因。但是总体上，CO2浓度升高导致的叶片品质变化并未显著影响幼虫的取食率和取食量。（4）舞毒蛾幼虫对不同叶片种类表现出清晰的取食选择性，这种选择性在其幼龄期就可表现出来。幼虫对小青杨上层叶片有最显著的偏嗜性，对蒙古栎下层叶片有最明显的拒食性。但是CO2浓度升高导致的叶片品质变化对舞毒蛾幼虫的取食选择性和寄主偏嗜行为并未产生显著影响。（5）检测出高浓度CO2处理组内舞毒蛾幼虫虫粪中含有浓度更高的植物次生代谢物质（总酚和缩合单宁），这很可能是昆虫整体生长发育受抑制的重要原因之一。

Interactions between a cyanobacterial bloom (Microcystis) and the submerged aquatic plant Ceratophyllum oryzetorum Kom.

In aquatic ecosystems, macrophytes and phytoplankton are main primary producers, in which macrophyte plays an important role in maintaining clear water state, while phytoplankton often dominates in turbid waterbodies. In the present study, the growth and photosynthetic activity of the submerged aquatic plant Ceratophyllum oryzetorum Kom. in different cell densities of cyanobacterial bloom are studied. The results show that the plant length and fresh mass of C. oryzetorum are promoted by low cyanobacterial cell densities. Medium and high cyanobacterial cell densities, on the contrary, act as inhibitory. Furthermore, the photosynthetic activity of C. oryzetorum is strongly inhibited by high cyanobacterial cell densities. To a certain extent, the growth of cyanobacteria is inhibited by C. oryzetorum, but no significant effect is found in this study.

A Plant Needs Ants like a Dog Needs Fleas: Myrmelachista schumanni Ants Gall Many Tree Species to Create Housing

Hundreds of tropical plant species house ant colonies in specialized chambers called domatia. When, in 1873, Richard Spruce likened plant-ants to fleas and asserted that domatia are ant-created galls, he incited a debate that lasted almost a century. Alth

Allelopathic interactions between the Potamogeton spp and toxic cyanobacteria (Microcystis aeruginosa)

This study aimed to investigate the allelopathic activities between 3 Potamogeton spp. (Potamogeton maackianus, Potamogeton malaianus and Potamogeton pectinatus) and the toxic cyanobacteria (Microcystis aeruginosa). All Potamogeton spp inhibited the growth of M. aeruginosa in both coexistence and exudates experiments. Inhibition of M. aeruginosa growth by plant exudates depended strongly on the biomass of P malaianus. Initial pH (6.5-9.8) did not influence the inhibitory effects of P. malaianus exudates. However, the M. aeruginosa inhibited the net photosynthesis and respiration of all three pondweed test spp.. The decreases in photosynthesis and respiration were probably caused by the toxic compounds released by M. aeruginosa, rather than its shading effects. The M. aeruginosa also decreased the nutrients (phosphorus and nitrogen) uptake rates of macrophytes. The absorption rates of phosphorus and nitrogen and net photosynthesis were decreased sharply. These results will help to restore submerged plants in eutrophic waters.

Defoliation, nitrogen, and competition: effects on plant growth and resource allocation of Cleistogenes squarrosa and Artemisia frigida

Two species, Artemisia frigida Willd. (C-3, semishrub, and dominant on overgrazed sites) and Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng (C-4, perennial bunchgrass, and dominant or codominant on moderately grazed sites) were studied to determine the effects of defoliation, nitrogen (N) availability, competition, and their interactions on growth, biomass, and N allocation in a greenhouse experiment. The main treatments were: two nitrogen levels (NO = 0 mg N pot(-1), N1 = 60 mg N pot(-1)), two defoliation intensities (removing 60% of total aboveground biomass and no defoliation), and three competitive replacement series (monocultures of each species and mixtures at 0.5:0.5). Our results were inconsistent with our hypothesis on the adaptive mechanisms of A. frigida regarding the interactive effects of herbivory, N, and competition in determining its dominant position on overgrazed sites. Cleistogenes squarrosa will be replaced by A. frigida on over-grazed sites, although C. squarrosa had higher tolerance to defoliation than did A. frigida. Total biomass and N yield and N-15 recovery of C. squarrosa in mixed culture were consistently lower than in monocultures, whereas those of A. frigida grown in mixtures were consistently higher than in monocultures, suggesting higher competitive ability of A. frigida. Our results suggest that interspecific competitive ability may be of equal or greater importance than herbivory tolerance in determining herbivore-induced species replacement in semi-arid Inner Mongolian steppe. In addition, the dominance of A. frigida on overgrazed sites has been attributed to its ability to shift plant-plant interactions through (lap colonization, root niche differentiation, and higher resistance to water stress.