三种兰科植物的保护遗传学研究

本研究在野外调查的基础上，采用随机扩增多态DNA (RAPD)分析和形态学方法，研究了我国三种珍稀濒危兰科植物硬叶兜兰（Paphiopedilummicranthum）、麻栗坡兜兰（P. malipoense）和独花兰（Changnienia amoena）的遗传多样性与群体遗传结构，主要结果如下： 1．采用1 2个引物对分布于我国云贵地区的4个硬叶兜兰群体共161个体进行RAPD扩增和分析，得出物种水平的多态条带百分率（PPB）为71.6%，Nci的基因多样度(h)为0.217，Shannon多样性指数（1)为0.3301;4个群体的平均多样性水平为PPB=45.2%，h=0.1457，1= 0.2204：低于远交兰花的平均水平。分子方差分析(AMOVA)表明，在总遗传变异中，群体间遗传变异占20.31%．群体内占79.69%;POPGENE给出的基因分化系数 （Gst）为0.2958;遗传分化略高于远交物种的平均水平。空间自相关分析表明，所检测的两个群体中存在明显的空间结构，基因型在群体中以不同的小斑块存在。遗传距离和空间距离不存在相关关系。 2．用于麻栗坡兜兰的RAPD引物同上，但取样范围只有贵州的2个群体共10个个体。就所研究的个体柬看，麻栗坡兜兰的遗传多样性明显低于远交兰花物种的平均水平。物种水平上，多态条带百分率(PPB)为49.5%。Nei的基因多样度（h）为0. 1174， Shannon多样性指数(I)为0.1764：在群体水平上，上述三个指标的平均值则分别为12. 75%、0.0486和0.0712，均大大低于硬叶兜兰。然而，尽管作了种种努力，麻栗坡兜兰的取样个体数量仍很少，因此所得结果可能会有误差。 3．用16个引物对分布于河南、湖北、湖南、江西4个省11个独花兰群体共216个体进行了RA PD扩增和分析，独花兰在物种水平PPB=80. 7%，h=0.197．1=0. 3116;在群体水平，上述三个指标的平均值则分别为40. 9%、0.1247和0. 1902，均低于远交兰花的平均水平。AMOVA分析表明，11个独花兰群体间的遗传变异占43.48%，群体内的占56.52%：在神农架和新宁地区内部，群体间的遗传变异分别占13.68%和49.3g%(AMOVA)。POPGENE给出的11个群体的基因分化系数(Gst)为0.3580．神农架和新宁地区内的Gst，值分别为0.1194和0.2597。可见，群体间的遗传分化明显高于远交物种的平均水平。空间自相关分析表明，独花兰的遗传变异在群体内不存在明显的空间结构。群体之间的遗传距离和空间距离不存在相关关系。 4．对独花兰7个群体形态性状的分析发现，12个形态性状在群体内均有较高的变异性，cv值变动于0.022-0.30O。庐山群体(LS)在所有性状上的平均值均为最高。营养性状和花部性状的变异性基本一致。除花葶长和花距直径与某些花部性状之间没有显著的相关关系外，各性状之间均有显著的相关性。对XN4群体的统计没有发现假磷茎数目与其他性状之间存在显著相关性。 根据以上对硬叶兜兰、麻粟坡兜兰和独花兰遗传多样性和群体遗传结构韵研究，结合其他方面的资料;对三种兰花的濒危机制进行了初步的分析。首先，人为采挖和破坏是导致这些兰花物种濒危的直接原因，尤其是麻栗坡兜兰。其次， 适宜兰花生存的生境正在只益萎缩、退化和片段化。这两方面因素的共同作用导致上述兰花群体的数目和规模日益下降，由此引发的遗传多样性降低和遗传结构的改变进一步加剧其濒危状况。对于独花兰而言，较低的繁殖能力又使其生存状态雪上加霜。针对三个物种不同的繁殖特性和遗传学状况，提出如下保护措施。(1)硬叶兜兰由于繁殖能力较强、现存个体尚多，遗传多样性损失不甚严重，因此以保护其所在的生境为基础、实施原位保护，是比较合适的保护策略。(2)麻粟坡兜兰目前受破坏程度非常严重;所剩个体很少，遗传多样性较低，已经很难进行有效的原位保护。因此;应利用迁地保护手段抢救目前尚存的个体。(3)独花兰的繁殖能力较弱，因此在保护生境和严禁采摘的基础上，可采用人工授粉等方式，提高结实率、增加繁殖效率，促使其复壮：在进行迁地保护时，则应注意不同群体间存在较大遗传变异而群体内多样性较低这一现实。

Computational approaches to motor control.

This review will focus on four areas of motor control which have recently been enriched both by neural network and control system models: motor planning, motor prediction, state estimation and motor learning. We will review the computational foundations of each of these concepts and present specific models which have been tested by psychophysical experiments. We will cover the topics of optimal control for motor planning, forward models for motor prediction, observer models of state estimation arid modular decomposition in motor learning. The aim of this review is to demonstrate how computational approaches, as well as proposing specific models, provide a theoretical framework to formalize the issues in motor control.

土壤有机碳和氮的分布及其对气候变化的响应

碳、氮不仅是生物体必需的营养元素，也是重要的生态元素。大气中温室气体C02、N2O等浓度的增加使得碳、氮的生物地球化学循环及其温室气体的减缓排放措施研究成为全球变化研究中的热点问题。 土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的纽带;它是陆生生物赖以生存的物质基础，是陆地生态系统中物质与能量交换的重要场所，其在全球碳、氮循环中起着十分重要的作用。一方面，土壤有机碳和氮的含量与分布直接关系到生态系统的生产力和生态系统的规模，同时土壤有机碳和氮的转化与迁移又直接影响到温室气体的组成与含量。而土壤本身又是生态系统中生物与环境相互作用的产物。因此，研究土壤有机碳和氮的分布、转化及其对全球变化的响应对于正确理解碳、氮的生物地球化学循环及其对全球变化的响应制定应对策略具有重要意义。 全球变化的陆地样带是从机理上理解陆地生态系统对全球变化的响应，预测全球变化对陆地生态系统的可能影响，实现预警、调节和减少全球变化不良影响，科学地规划和管理陆地生态系统的有效平台。目前，国际地圈一生物圈计划(IGBP)基于不同地区全球变化驱动因素的不同以及全球变化的潜在反馈作用强度的不同，在全球4个关键地区共启动了15条IG8P陆地样带。以水分为主要驱动力的中国东北样带(NECT：Northeast China Transect)即为IGBP的陆地样带之一。 本文以中国东北样带为平台，基于2001年对中国东北样带科学考察所采土壤样品的实测结果和气候资料分析了土壤有机碳和氮的梯度分布及其与土壤、气候等因子之间的关系;借助C02浓度升高和不同土壤湿度的模拟试验探讨了土壤有机碳和氮对气候变化的响应;根据作物残体还田的长期定位试验和盆栽试验研究了作物残体还田对土壤有机碳和氮转化的影响，讨论了农田生态系统通过作物残体还田对减缓温室气体排放的效应。主要结果和结论如下： (1).样带表层土壤有机碳平均为22.3土4.93 g．kg-1，下层土壤有机碳平均为8.9±1.20 g．kg-1。样带表层土壤活性有机碳平均为3.52±0.881 g.kg-1，占表层土壤有机碳的13.1±0.78%;下层土壤活性有机碳平均为1.14±0.250g.kg-l，占下层土壤有机碳的10.9±0.79%。样带土壤活性有机碳与土壤有机碳之间呈极显著正相关关系(相关系数r=0.993，P<0.001)。 (2).不同生态类型土壤有机碳和活性有机碳含量不同。中国东北样带东部(经度126°～131°)为温带针阔混交林山地，植被种类极其丰富，地带性土壤为暗棕壤，并且多为自然土壤，土壤有机碳和活性有机碳含量较高。但由于采样区局部地理环境、植被结构及人类干扰程度的不同，土壤有机碳和活性有机碳含量变异较大，平均为61.9±13.84 g．kg-1和10. 88±2.236g. kg-1。样带中部（经度119°～126°）为松辽平原栎林草原、农田区和大兴安岭山地草甸草原区，属半湿润向半干旱过渡的气候。该区域主要土壤类型为黑土、黑钙土、盐化或碱化草甸土及风沙土，土壤沙化、碱化严重，土壤有机碳和活性有机碳含量明显降低，平均为10.5±1.97 g．kg-l和1. 35±0.327 g．kg-1。样带中西部（经度113°～119°）为内蒙古高原草甸草原和典型草原区域，具有典型的半干旱气候特征。该区地带性土壤为栗钙土，局部丘陵区分布黑钙土，土壤有机碳和活性有机碳含量为14.6±1.65 g．kg-1和2.07±0.342g.kg-1。样带西部（经度111°～113°）为内蒙古高原荒漠草原区域，地带性土壤为棕钙土，土壤较为贫瘠，其有机碳和活性有机碳含量最低，平均为7.99±1.51 g．kg-1和0.51±0.216 g．kg-1。从总的趋势看，样带表层土壤有机碳和活性有机碳的梯度分布趋势一致，都呈现出随经度降低而下降的趋势，局部因土壤退化而出现波动。 (3).样带土壤有机碳和活性有机碳与土壤全量氮、磷、硫、锌及有效氮、磷、钾、锰、锌等均呈显著或极显著相关关系，与土壤PH、容重、持水量及孔隙度也呈显著或极显著相关关系。土壤表层有机碳和活性有机碳与降水量之间具有正的相关关系，其相关系数为r=0.677（P<0.001）和r=0.712（P<0.001）。但下层土壤有机碳和活性有机碳与降水量之间没有显著的相关关系。 (4).样带下层土壤有机碳和活性有机碳与经度之间仍具有显著的相关关系（r=0.454，P=0.026; r=0.473，P=0.020）。样带下层土壤有机碳和活性有机碳的变异小于表层。不同的生态系统，下层土壤有机碳和活性有机碳与表层土壤有机碳和活性有机碳的比率不同。总的来看，土壤活性有机碳含量随深度的增加而下降的幅度大于土壤有机碳。 (5).短期培养条件下，CO2浓度升高及干旱胁迫下，土壤有机碳的变化不大，其变异系数为1.28%;相比较之下，土壤活性有机碳对气候变化比较敏感，其变异系数为29.67%。不同土壤湿度，土壤活性有机碳含量发生变异的幅度因CO2浓度升高而降低。 (6).样带土壤全氮和有效氮与经度呈极显著正相关，其相关系数分别是r=0.695 (P<0.001)和0.636(P<0.001)。土壤表层全氮和有效氮的梯度分布与土壤有机碳的分布基本一致：沿经度呈现东高西低的趋势，局部由于土壤退化而出现低谷。样带除东部山区外，其它各部分土壤有效氮都很低，成为其植被生长的限制因子之一。样带下层土壤全氮和有效氮的含量低于表层，但样带不同部位下层土壤全氮和有效氮下降的幅度不同。总的来看，土壤全氮的剖面分布和土壤有机碳相似，而土壤有效氮则有所不同。 (7).土壤全氮和有效氮是土壤生化环境中两个重要的因子。样带土壤全氮和有效氮和土壤有机碳、全磷、全硫、全锌、土壤活性碳、有效磷、有效钾、有效锰、有效锌、土壤容重、田间持水量土壤总孔度等因子均呈显著或极显著的相关关系。 (8).样带表层土壤全氮和有效氮与降雨量之间呈极显著的正相关关系，相关系数分别是0.682(P<0.001)和0.688(P<0.001)。而下层土壤全氮和有效氮与降雨量之间的没有显著的相关关系（r=0.241，P=0.256; r=0.366，P=0.079）。土壤有效氮占全氮的比例与年均温呈显著正相关关系（相关系数r=0.390，p=0.044）。 (9).短期培养试验中，CO2浓度加倍和不同土壤湿度对土壤全氮和有效氮的影响没有达到显著水平。整个试验中土壤全氮和有效氮的变异较小（变异系数分别是5.55%和3.84%），但仍能反映一定的变化趋势。 (10)．玉米残体还田能够增加土壤氮素含量，减轻因其作为燃烧材料而造成的氮素损失和对大气的污染;玉米残体施入土壤，增加了土壤微生物氮含量，提高土壤氮活性，有利于土壤氮素养分的协调供应;玉米残体还田能够促进氮素从营养器官向籽粒中转移，提高氮素养分的利用效率。同时，玉米残体还田可以降低土壤NO3--N的累 积，减少肥料氮的损失4.7～5.6%。 (ll)．根据国内外文献和我们连续10年作物残体还田的肥料长期定位试验及盆栽试验结果，从减缓CO2排放、增加土壤碳固存、提高土壤生产力入手，分析了农业生态系统作物残体还田的必要性与可行性，讨论了农田作物残体还田，增加土壤碳固存对于减缓CO2排放、提高土壤生产力的作用与意义。提倡作物残体因地制宜地归还土壤，但作物残体还田后土壤固存与减缓温室气体排放的潜力还需要进一步进行研究。