无根萍生物学特性研究

无根萍属（Wolffia ）隶属于浮萍科天南星目，是世界上最小的被子植物。该属植物繁殖速度快;易于培养;结构简单，只具有一个雄蕊和一个雌蕊;自然状态下通常为克隆繁殖，遗传结构高度一致，具备特定研究目的模式植物的特点，正在或已经成为一些实验室研究光合作用、生物反应器、毒理学、生态修复和环境监测等的重要模式生物材料;同时还被作为建造航天生活仓和地外生命支撑系统的首选植物。该属植物蛋白含量高且氨基酸组分平衡，营养价值可与大豆相媲美。但该属植物一直是分类学界的疑难类群，不同的学者对该属的分类处理比较混乱;其次，对该属的生物地理研究也很不够，尤其是对国产类群的研究;另外，W. globosa 作为该属中国分布的物种，其生理学特性和形态结构发育还缺乏研究。为此，本文通过mat K 基因测序、RAPD 标记等手段，结合野外和室内的长期观测，对其分类和中国的地理分布以及生理学特性进行了研究。针对浮萍科植物作为水生植物，其对重金属和芳香烃衍生物的耐受逆境能力大小，和对淡水水体环境生态的指示作用。本文研究了W. globosa 具解毒功能的谷胱甘肽转硫酶的活性;最后，探索了从黄鳝（Monpterus albus Zuiew ）中分离纯化GSTs 的技术与方法并对maGST 的部分特性进行了研究。主要研究结果如下： 1. Wolffia 系统分类学研究 前人认为，Wolffia 柱头的颜色是重要的分组、分种检索性状。我们对其长期、活体、原位、实时跟踪观测结果表明，柱头颜色是Wolffia 个体发育上的变化过程，不是一个稳定性状，用作Wolffia subgroup 内组的划分特征和种的鉴别特征是不适合的。在此基础上我们重新修定了该属的分种检索表。利用形态分类学性状——气孔、长/宽、高/宽以及最大宽度在水面上还是水面下等性状，认为中国分布的类群应是W. globosa，但亦有W. neglecta 存在的证据。mat K 基因片段结果支持形态学的结论。通过广泛的野外采集，在我国北京、河北和吉林发现Wolffia 的新分布。 2. 中国Wolffia 居群遗传学研究 以RAPD 分子标记对广泛分布的居群遗传多样性研究表明，无根萍属植物主要以无性繁殖方式繁育，居群主要由单一克隆后代组成，如海河流域以及松花江流域居群;但一些居群亦兼有性繁殖方式，并具较高的遗传多样性，如武汉、海南居群。利用MVSP, Popgene 和Ntsys 等分析方法探讨了中国产Wolffia 居群遗传多样性和地理分布格局间关系。 3. W. globosa 的生理学研究 建立了较为完善的W. globosa 的无菌培养和保存体系。W. globosa 在逆境中，会形成休眠体;同时，发现不同居群甚至不同克隆系之间其抗逆性和生长速度存在着显著差异，差异最大的如海南文昌居群的生长速率，是长春居群的4.19 倍;不同的时间统计生长周期存在着不同结果，生长节律每天有两个生长高峰呈双“S”型;W. globosa 的耐受温度范围和pH 范围广;低浓度的IAA，GA，6-BA， EDDHA-Fe 以及EDTA 等物质具有促进W. globosa 生长的特性;但是，所有这些处理均没能促使W. globosa 从营养生长转入生殖生长。 4. W. globosa 的解剖学研究 W. globosa 通常是进行克隆繁殖，通过组织切片发现无性分枝子体还未伸出母株之前就已经完成分化，与此同时分枝子体中又分化出新的子体，分枝呈聚伞状，子体生长方向彼此相对;另外，生殖生长结构的分化也是在母体中完成的;生殖生长点与营养生长点不是同一生长点。 5. 浮萍科植物的毒理学研究 以重金属Cr3+和芳香烃衍生物CDNB 溶液处理Wolffia，Spirodela 和Lemna， 三种水生生物，结果表明Wolffia 比Spirodela， Lemna 对重金属和芳香烃衍生物有更强的抗逆能力，如在同等条件下对于Cr3+Wolffia 的半致死剂量800GB(≈ 80mg/L)，而Spirodela 和Lemna 则分别为10mg/L;20mg/L;表明W. globosa 是一个优良的生态环境修复植物。与此同时，研究了W. globosa 中具有解毒功能的GSTs 粗酶液活力在不同浓度的重金属离子（Cu2+和Cd2+）以及芳香烃衍生物（CDNB 和NBD-Cl）随处理时间的变化情况。 6. 从水生生物黄鳝Monpterus albus Zuiew 中分离纯化GSTs 的研究GSTs 活性的变化是环境监测的一个Biomarker，为此研究从M. albus 中分离 纯化GSTs 的技术与方法。经GSH 亲和层析纯化的酶活力为粗酶液的207 倍，进而鉴定了maGST 的部分特性。SDS-PAGE 电泳和MALDI-TOF/MS 表明MaGST 为同源二聚体，分子量约为52kDa，单亚基分子量约为26 kDa。maGST 酶动力学表明对CDNB 为13.07 ± 0.37 微摩尔每分钟每毫克蛋白;对NBD-Cl 为5.54 ± 微摩尔每分钟每毫克蛋白;对ECA、4-NPA 几乎没有活性。在GSH 底物饱和，CDNB 的Km 值和Vmax 分别为0.32 mM 和16.19 微摩尔每分钟每毫克蛋白;CDNB 底物饱和，GSH 的Km 值和Vmax 分别为0.44 mM 和28.83 微摩尔每分钟每毫克蛋白。maGST 的酶活性pH 值较宽，温度范围广：在pH7.0-7.5 具有最大速度，在pH6.5 和pH8.5 时分别具有65%和72%的酶活力;在45℃时具有最大活性，30℃和55℃时为最大活力的80%，60℃几乎完全丧失酶活力。

横断山区马先蒿属的形态分化与分子进化

半寄生植物马先蒿属（Pedicularis）是列当科（Orobanchaceae）中最大的属，也是北温带被子植物最大的属之一。该属至少有500种植物，主要分布在北半球的高山、亚高山地区或高纬度地区，其中超过一半的种类分布在东喜马拉雅至横断山区，构成该地区高山植物区系的主要成分。马先蒿属花部器官的强烈分化程度在被子植物中极为罕见，导致这种分化发生的机制仍是难解之谜。马先蒿属下系统非常混乱，迄今为止该属属下分类系统不下10个。关于该属的起源时间、地点及迁移散布过程只是基于一些间接证据的推测。针对以上问题，本文通过大量的标本查阅、野外考察、传粉生物学观察以及分子系统学研究，得出了一些初步的结果。 　　1．形态学 通过大量的野外考察及标本观察，发现马先蒿属花部器官变异非常复杂，是区分近缘种的主要性状依据，但是花部器官存在明显的平行进化现象，不适合作为划分群、组等属下高级分类单元的主要依据;而营养性状比较保守，可作为划分群、组的主要依据。通过考证，发现直管群万叶系的德钦马先蒿（P. deqinensis）实属轮枝群纤细系多枝马先蒿（P. ramosissima）的异名。同时发现一个新种，即折喙马先蒿（P. inflexirostris），该种属于直管群的万叶系。 　　2.传粉生物学 对27种马先蒿的昆虫传粉行为进行了初步的观察。发现横断山区的马先蒿主要靠熊蜂进行有效的传粉。昆虫的传粉方式有两种，即背触式（Nototribic）和腹触式（Sternotribic）。不同花冠类型的马先蒿属植物中，昆虫的传粉方式也有所区别。对短管、无喙、无花蜜的马先蒿，昆虫主要以腹触式完成传粉;对短管、无喙、具花蜜的马先蒿，昆虫既可以通过背触式也可以通过腹触式完成传粉;而对短管、具喙和长管、具喙的马先蒿，昆虫都以腹触式完成传粉。没有发现鳞翅目的昆虫访问长管类型的马先蒿。不同花冠类型传粉方式的不同说明马先蒿花部形态结构和传粉媒介的行为之间存在协同进化关系。 3.核rDNA ITS分析 对12个群的42种马先蒿的核rDNA ITS序列进行了分析。基于ITS序列构建的基因树和经典的属下分类系统很不一致，基因树上的大部分分支和经典系统中的高级分类单元不相吻合，原因可能是马先蒿属花部器官发生了平行进化，而经典的分类系统过于权重这些花部形态性状。此外，发现在横断山区这一相对狭小的地域范围内，nrDNA ITS序列在马先蒿种间存在很大差异。造成此差异的原因可能有两个方面：一方面是马先蒿属的起源和分化的时间可能较早，不同的支系从其他地域先后多次迁入横断山区;另一方面可能是由于半寄生植物马先蒿中快速的分子进化造成的。 4.叶绿体基因组trnT-F区序列分析 对8个群的11种马先蒿的trnT-F区序列进行了分析，发现种间存在大量的插入/缺失序列，其中甘肃马先蒿（P. kansuensis）和大王马先蒿（P. rex）分别在trnT-trnL（UAA）和trnL–trnF基因间区发生了长达228bp和303bp碱基序列缺失，说明半寄生植物的叶绿体基因组也可能存在大量基因丢失现象。 5. GLOBOSA-like MADS-box基因的研究 对11种马先蒿属植物（8个群）中控制花瓣发育的GLOBOSA（PGLO）基因的部分片段进行了分离、克隆和测序，发现该基因在种间发生了明显的分化，但是碱基的变异主要发生在非编码区或非结构域，基因的同义突变率远高于非同义突变率，说明PGLO基因的进化受到强烈的功能制约。PGLO基因在马先蒿种间的明显分化表明：在辐射分化类群中，调节基因也可能发生了快速分化。对11种马先蒿属植物的PGLO基因树、nrDNA ITS基因树以及trnT-F基因树的比较发现：三个树图在结构上既有一致、也有相互矛盾之处，推测可能是因为这些基因具有不同的遗传体系或经历了不同的进化历史所致，另一方面说明GLOBOSA基因在探讨近缘类群系统发育关系方面的价值有待进一步验证。

镉超积累植物的生态特征及污染耐性机理分析

在已发现的超积累植物中，镉超积累植物种类较少，对其重金属耐性及超积累机理的研究还未有突破性进展，这些植物金属耐性机理的描述对于镉污染土壤的植物修复研究是非常有意义的。本研究以镉超积累植物龙葵（Solanum nigrum L.）、球果蔊菜（Rorippa globosa (Turcz.) Thell.）为研究对象，以茄子（Solanum melongena L.）和风花菜（Rorippa islandica (Oeder.) Borb.）为对照植物，描述了镉超积累植物污染耐性的生态特征，系统探讨了镉超积累植物的耐性机制。 （1）龙葵较茄子有更高的镉耐性及镉积累性；球果蔊菜较风花菜有更高的镉耐性及镉积累性，球果蔊菜茎部受抑制现象是实现其特异吸收和积累重金属的适应性反应，这种地上部营养物质的重新分配现象可能是球果蔊菜作为超积累植物独特的生态特征。 （2）龙葵根系中SOD和CAT活性及叶片中POD和CAT活性的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中发挥着积极作用，球果蔊菜叶片SOD和CAT的协同作用在缓解镉积累引起的膜脂过氧化损伤中也发挥重要作用，可以推断龙葵、球果蔊菜体内抗氧化酶防御系统在其镉耐性中扮演重要的角色。 （3）镉的污染胁迫均能明显促进龙葵和球果蔊菜体内脯氨酸的积累，脯氨酸在其镉耐性及积累性中扮演着重要角色，其中叶片脯氨酸可能发挥着更大的作用。 （4）龙葵叶片中柠檬酸和乙酸含量的动态变化与其镉积累有关，球果蔊菜叶片中苹果酸和酒石酸含量的动态变化与其镉积累有关，有机酸可能在龙葵及球果蔊菜镉耐性及积累性中起到一定的作用，但高含量的有机酸并不是植物镉耐性和超积累性的主要原因。 （5）植物螯合肽可以作为植物镉超积累特征的生物指标，但植物螯合肽的合成并非镉超积累植物耐性的主要机制。

球果蔊菜脯氨酸的积累及与Cd耐性的关系

采用盆栽方法,以风花菜(Rorippa islandica)为对照植物,研究Cd超积累植物球果蔊菜[Rorippa globosa(Turcz.)Thell.]脯氨酸的积累、丙二醛含量、生物量及叶绿素含量的变化,及其与Cd生物积累的关系.结果显示,Cd处理能明显促进2种植物体内脯氨酸的积累,当土壤中Cd浓度≤25μg/g时,球果蔊菜叶片脯氨酸的积累效应尤为显著;此时叶片生物量、叶绿素及丙二醛含量与对照相比均无显著差异,表明其叶片脯氨酸的积累在一定程度上可缓解Cd胁迫造成的氧化损伤.相关分析表明,球果蔊菜根系脯氨酸可指示球果蔊菜根系中Cd的积累.

生态恢复后的千烟洲植物群落种类组成及结构特征

Qianyanzhou(QYZ) Ecological Station established in 1983 with an area of 204 hm~2 is affiliated to the Chinese Ecosystem Research Network.Before 1982,herbs had been dominant,sparsely dotted with shrubs.After 20-year restoration of the vegetation,the vegetation showed significant changes in both forest coverage and species diversity.Forest coverage had increased to 93.3% in 1999 from 0.4% in 1982.The vegetation could be broadly classified into two groups: artificial forest,accounting for the most percent,and natural secondary forest.These two groups could be subdivided into 12 types.Based on the 2003 field work,The authors studied plant community composition and vertical structure.The results were as follows: 1) On the study plots were there about 150 species,of which 100,49,and 47 grew in arbor layer and shrub layer and herb layer,respectively.Of 12 community types,the amount of species in shrub layer was larger than that of other two layers.As to the species richness in the different community types,Liquidambar formosana community showed the highest and Imperata cylindrical var.major community the least.The amount of species in arbor layer of artificial forest was smaller than those of natural Pinus massoniana forest,but no difference in understory.2) Loropetalum chinense,Quercus fabric and Vaccinium bracteatum were dominant shrub species with a wide distribution.Three ferns Woodwardia japonica、Dryopteris atrata and Dicrannepteris dichotoma were dominant herb species.Lianas were sparse,but Milletlia reticulata were found in all forest types.3) Up to now some natural regeneration species,such as Eurya muricata、Quercus fabri、Vaccinium bracteatum、Rhus chinensis、Adinandra bockiana,had grown in the arbor layer of artificial forests.Some herb species,such as Arundinella setosa、Miscanthus floridulus、Isachne globosa、Scirpus triqueter,which were dominant ones in the herb layer before the restoration of vegetation,disappeared now.4) The vertical structure of natural Pinus massoniana community and Liquidambar formosana community showed more complex comparing with artificial forests.For the artificial forests,the conifer and broad-leaves mixed forest had a more complex structure.In both natural Pinus(massoniana) community and Liquidambar formosana community,it was dominated by individuals with height of 3～4 m,while 10～12 m in the artificial forests.

Application of rotifer Brachionus plicatilis in detecting the toxicity of harmful algae

The toxicity of seven major HAB (harmful algal bloom) species/strains, Prorocentrum donghaiense, Phaeocystis globosa, Prorocentrum micans, Alexandrium tamarense (AT-6, non-PSP producer), Alexandrium lusitanicum, Alexandrum tamarense (ATHK) and Heterosigma akashiwo were studied against rotifer Brachionus plicatilis under laboratory conditions. The results show that P. donghaiense, P. globosa, P. micans, A. tamarense (AT-6), or A. lusitanicum could maintain the individual survival and reproduction, as well as the population increase of the rotifer, but the individual reproduction would decrease when exposed to these five algae at higher densities for nine days; H. akashiwo could decrease the individual survival and reproduction, as well as population increase of the rotifer, which is similar to that of the starvation group, indicating that starvation might be its one lethal factor except for the algal toxins; A. tamarense (ATHK) has strong lethal effect on the rotifer with 48h LC50 at 800 cells/mL. The experiment on ingestion ability indicated by gut pigment change shows that P. donghaiense, P. globosa, P. micans, A. tamarense (AT-6) and A. lusitanicum can be taken by the rotifers as food, but A. tamarense (ATHK) or H. akashiwo can be ingested by the rotifers. The results indicate that all the indexes of individual survival and reproduction, population increase, gut pigment change of the rotifers are good and convenient to be used to reflect the toxicities of HAB species. Therefore, rotifer is suggested as one of the toxicity testing organisms in detecting the toxicity of harmful algae.

A new species of Scolelepis (Polychaeta: Spionidae) from sandy beaches in China, with a review of Chinese Scolelepis species

A new species of Spionidae, Scolelepis (Scolelepis) daphoinos sp. nov., is described and illustrated from northern China seas. The species was frequently encountered and highly abundant on sand beaches, but rarely found in subtidal areas. It was formerly misidentified as S. (S.) squamata (Muller, 1806) in China but differed from the latter species in several details in morphology, including the presence of obvious reddish pigmentation patches and the absence of unidentate hooded hooks. Another two Scolelepis species, S. (S.) lingulata Imajima, 1992 and S. (S.) variegata Imajima, 1992, are reported for the first time from Chinese waters. Two species of Scolelepis, S. (S.) globosa Wu & Chen, 1964 and S. (S.) lefebvrei (Gravier, 1905), were reported previously; therefore, five species in this genus are known from China in total. A key to all Scolelepis species from Chinese waters is provided.