克隆植物对异质性环境的生态适应对策

时空异质性是生境的基本特征。几乎所有植物都是在一定尺度的时空异质性环境中完成其生活史的。在进化过程中，植物可能形成了各种有效利用环境异质性的生态适应对策。克隆生长使得克隆植物在理论上更容易适应于异质性环境。本文以匍匐茎和根状茎型草本为材料，应用实验生态学方法研究了游击型克隆植物对异质性环境的生态适应对策。 在沙丘生境（如毛乌素沙地）中，沙埋是植物常常遭遇的事件。由于沙埋在水平空间表现出非均匀性，克隆植物的基株或克隆片断常常经历局部沙埋。通过温室和野外实验，研究了克隆整合作用对鹅绒委陵菜和沙鞭沙埋分株忍受沙埋能力的影响。结果表明，克隆整合显著提高鹅绒委陵菜和沙鞭沙埋分株的存活。进一步的耗-益分析表明，克隆整合使鹅绒委陵菜沙埋分株显著受益，而对非沙埋分株却没有显著耗损，故整个克隆片断的生长得到显著提高。因此，克隆整合是沙丘生境中克隆植物对局部沙埋胁迫的生态适应对策之一。 通过2个温室实验，研究了金戴戴对光照、基质养分和盐分的克隆可塑性。结果表明：光照强度、基质养分和盐分对金戴戴克隆生长和克隆形态均有十分显著的影响。深度遮光、低养和高盐均显著削弱金戴戴的生长，其生物量、叶面积、分株数、匍匐茎长及叶柄长和根冠比对基质盐分的可塑性大小和格局显示出基株间的差异。在低养分条件下，金戴戴匍匐茎节间显著伸长，而分枝强度显著减弱。这些结果与克隆植物觅食模型相符合，表明当生长于异质性环境，金戴戴可凭借克隆可塑性实现的觅养行为来增加对养分资源的摄取。因此，克隆可塑性是克隆植物利用环境异质性的另一条途径。 在另一温室实验中，研究了三种匍匐茎克隆草本鹅绒委陵菜、金戴戴和绢毛匍匐委陵菜对光照和养分资源交互斑块性环境的反应。当置于高光低养下的分株与低光高养下的分株相连时，高光低养分株、低光高养分株以及克隆片断的生物量均得到显著提高。同时，低光高养下分株的根冠比相对增加，而高光低养下分株的根冠比相对下降。这表明，三种克隆植物发生了环境诱导的克隆内分工行为。这种环境诱导的克隆内分工行为有利于整个基株对资源交互斑块性环境的利用，是克隆植物对异质性环境的生态适应对策。

毛乌素沙地两种根茎型植物克隆生长的生态适应意义

在干旱气候背景下的毛乌素沙地，干旱、风沙是十分突出的环境胁迫因子。植物的生存与繁衍受到这些因子的强烈作用。在这里生存繁衍的许多克隆植物，在长期的生态适应与进化中，形成了有效的生态适应机制来克服沙地环境的不利影响。本研究选择在毛乌素沙地广泛分布的根茎型克隆植物羊柴（Hedysarum laeve Maxim.）和拂子茅(Calamagrostis epigejos (L.) Roth.)为实验对象，运用实验生态学的方法与途径，来探讨它们对环境因子的适应机制。 羊柴为毛乌素沙地的主要固沙植物与优良豆科牧草，在该地区广泛用于飞播和直播种植。对毛乌素沙地区域生态环境建设与畜牧业经济发展起到了重大作用。在毛乌素沙地，水分短缺是植物生长和繁殖的重要限制因子。同时，受地形、生物、基质等因素的影响，毛乌素沙地的水分往往呈异质性的空间分布。羊柴克隆的相连分株极有可能处于异质性水分供应的不同生境位点上。因而，相连的羊柴分株能否对异质性水分供应发生反应，以及反应的耗一益状况，是羊柴克隆对干旱与水分异质性生态适应的基本问题。为此，采用人工设置异质性水分供应的方法，研究了一对相连的羊柴成年克隆分株对水分异质性的反应及反应的耗一益状况。结果显示：分株的水分供应状况，对相连的另一分株的生长有着显著的影响。当生长于低水分供应土壤中的分株与生长于高水分供应土壤中的分株相连接时，此分株的地上植株、根系、新生根茎的产生都有显著的提高，生物量分配与同质高土壤水分供应的分株无显著差异;而同时，与此分株相连的、处于高水分供应土壤中的分株在生长上却无明显的减弱，并且将明显多的生物量分配到地下根系。这表明：分株间发生着明显的水分共享，相连的克隆分株通过水分共享对异质性水分供应发生反应：并且水分共享使处于低水分供应土壤中的羊柴分株显著获益而并不显著地牺牲另一处于高水分供应土壤中的羊柴分株的生长。水分共享可能是羊柴克隆对沙地水分异质性的生态适应机制之一。 风积沙埋在毛乌素沙地生态系统中频繁发生，直接影响着种子发芽后，幼苗的存活与成功定居。因而，对传播到沙地中的植物种具有选择作用。羊柴在近数十年来被大量地用于沙地飞播，以防风固沙重建沙地植被。羊柴在种子萌发后，幼苗很有可能遭受沙埋。为了探讨羊柴幼苗对沙埋的反应，对一周龄、二周龄的羊柴幼苗进行了为期6周的人工沙埋实验，实验结果显示：沙埋对羊柴幼苗的存活、生长影响极为显著，重度沙埋（沙埋深度达到或超过幼苗的高度）可使大量或全部羊柴幼苗死亡;一定深度的沙埋（沙埋深度不超过幼苗株高）羊柴幼苗不仅可以全部存活，而且其整株生物量、叶片生物量、根系生物量以及相对生长率都相应地高于非沙埋的对照（即：不沙埋），而且新生叶片的产生要显著地多于不沙埋的对照。与非沙埋的对照相比，一定深度的沙埋并不显著地改变羊柴幼苗的生物量分配格局，其株高也不发生明显的变化。根据本实验的结果，在飞播羊柴时最好先在流沙和半流沙上设置一些人工固沙、阻沙的设施，以避免羊柴幼苗遭受重度沙埋，降低其定居和形成种群的风险，促进其形成种群，提高飞播成效。 在本研究的实施地一毛乌素沙地，环境胁迫与扰动经常发生，异质性的生境条件有着广泛的分布。严酷的生存环境与异质性，为植物采取多样的生态适应策略提供了前提条件。克隆植物的相连分株间是否发生资源共享以及资源共享的时空格局具有种类特异性。拂子茅为根茎型多年生禾草。其根茎细长，在分株建立后并不随分株的年龄的增加与体形的增大而发生明显的加粗生长。为了探讨拂子茅在异质性水分环境中的表型差异，对拂子茅由母株、子株组成的分株对给予了高水、低水两种不同的异质性水分处理。实验结果表明：水分供应状况直径影响着拂子茅的分株生长表型。在高水条件下，拂子茅的分株能产生多的根茎、新生 后代分株，并将生物量主要用于地上部分生长，从而积累多的地上生物量;在低水条件下，拂子茅分株产生较少的根茎与新生后代分株，并且分配到根系的生物量明显增大。在具有一定对比度的异质性水分环境中，拂子茅分株并不因与其相连的分株所处的水分供应状况而在根茎生长、新生后代分株的产生和生物量分配等特征上，与同质环境中的具有相同水分供应状况的分株表现出有明显的差异。这些结果揭示：拂子茅仅以分株的形式对异质性水分在表型上发生反应;相连的克隆分株在向顶向和向基向这两个基本方向上，不能对另一分株的水分供应状况在生长表型上发生反应，它们在水分关系上可能是相互相对独立的。分株的相对独立有利于在气候干旱、扰动强烈的沙地环境中实现风险分摊，提高基株的存活机率。 可以推断：处于同一环境中的不同克隆植物种在长期的进化中，也可以选择截然不同的生态策略来适应环境。

异质性环境中两种匍匐茎草本植物的克隆可塑性

　　克隆植物常常生长在资源异质性分布的环境中，克隆植物特有的生活史特征使其对环境和资源变化产生的反应规范（Reaction norm）具有特殊的表现和适应意义。本文以匍匐茎草本植物蛇莓(Duchesnea indica)和活血丹(Glechoma longituba)为材料，研究克隆植物在不同异质性环境中的反应规范，即可塑性（plasticity）和克隆分株间相互作用（即克隆整合（clonal integration））对表型的影响及其适应意义。 蛇莓和活血丹是具有不同分枝类型的两种匍匐茎草本植物。对于匍匐茎草本植物而言，生境中光资源分布在时间和空间上的变化极为丰富。本文主要研究在不同环境中，这两种克隆植物克隆分株间的相互作用是如何通过影响其形态特征，从而影响其光资源获取策略。 实验涉及了4种光照条件，分为5个部分，分别在大棚和野外进行。 1．同质光环境中蛇莓和活血丹克隆片段的可塑性 在大棚中，将整个克隆片段（clonal fragment）都放置在光照强度分别为自然光照PPFD（Photosynthetic Photon Flux Density）的100％、50％和10％三种不同的同质光环境中，目标是通过比较不同光照强度同质环境中不同基因型的形态特征，揭示匍匐茎草本克隆植物的反应规范及遗传差异。实验结果发现，当光照强度从100% PPFD 降到 50% PPFD时，活血丹增加对地上部分生物量投资，增加部分多投入到匍匐茎上，用于支持匍匐茎实现觅食行为，叶片和叶柄的变化不大。同样条件下，蛇莓的生物量投资却向根部转移，地上部分叶片和叶柄形态上的变化比匍匐茎的形态变化显著，出现增强对光资源吸收能力的变化。当光照强度从50%降到 10%时，活血丹继续增加对地上部分的生物量投资，但由于光照强度弱，几乎不足以维持新的匍匐茎的发生，所有增加的生物量部分都投入到叶片和叶柄的变化上。这种条件下，蛇莓的生物量投资依然向根部转移，叶片和叶柄为增加对光资源吸收能力而发生了相应变化，匍匐茎的新增数减少，形态变化也不大。实验证明，可能由于匍匐茎的发生方式不同，活血丹的匍匐茎节间长度，叶片和叶柄的关联程度比蛇莓相应性状的关联程度强。不同基因型的蛇莓和活血丹对光照梯度的反应有显著差异。 2．异质光环境中蛇莓克隆片段的可塑性 针对克隆植物分株间在相当长的时间里形体相连，而环境异质性可能存在于分株大小的空间尺度，设置异质环境，将蛇莓的不同相连分株放置在不同的光资源斑块中，研究其整合作用在适应异质性环境过程中的作用及其对表型的影响。首先设置同一种资源（光资源）的梯度差异斑块。 在光斑块中，整合作用发生与否、作用方式与资源梯度、分株自身所处斑块的资源条件和分株的年龄结构有关。在不同的条件下，整合作用可能造成对表型的不同影响，从而可能加剧或削弱分株对本地资源的反应（局部反应，local response）。整合作用对分株局部反应的影响强度和方向，在不同基因型间存在明显差异。这些基因型间的差异暗示，整合作用可能也是具有遗传基础的一种独立性状。 3．光块斑和养分斑块共存环境中活血丹克隆片段的可塑性 设置光和养分的资源互补性斑块。将相连分株种植在不同斑块中。当生长在高光低养斑块中的分株与其互补斑块（低光高养斑块）的分株相连时，其适合度相关性状的值增加，根冠比是可塑的，通过相应的形态变化，高光照斑块中的分株捕获光资源的能力增强，但两种斑块中植株的吸收养分的能力却没有大的变化。收益－损耗分析显示整合作用有益于异质环境中的植株，低光高养斑块中植株的生物量获益。实验结果证明了异质环境中相连分株间存在光合产物和养分传递。在这种环境种，分株形态的变化对本地斑块发生趋富反应，形态的改变有助于对本地丰富资源的吸收。这种反应有利于克隆片段对资源的吸收。 4．野外环境中蛇莓克隆片段的可塑性 基于大棚实验资料，对野外林下蛇莓种群进行监测。首先对单株在林下复杂的光环境中的表现进行了跟踪，结果发现，随着分株数目的增加，适合度相关性状值有所提高，而处于不同位置的相连分株在形态上的差异不显著。大棚实验中发现的显著形态变化在具有显著差异的自然环境条件下没有发生，这可能暗示着在资源条件变化频率较高的环境中整合作用的作用方式。分株不是对某一时刻资源条件进行形态特化，而是通过对所扩展的总体区域的总的环境条件调整表型。这样，从克隆片段的水平上看，资源的吸收可能达到较高水平。在密度增大，植株间互相荫蔽使得光照减弱的情况下，匍匐茎的变化没有表现出觅食行为，叶片和叶柄出现增大增长等增强吸收光能力的相应表型变化，证明叶片叶柄是克服光照不足的主要器官。这些结果与大棚实验结果一致。蛇莓基株对于相连分株内部可能具有密度调节功能，从而通过减弱叶片增大的趋势，增长匍匐茎，分散新生分株，使密度保持在一定程度，不对种群的发展造成阻碍作用。非相连分株间随着密度的增大，相互间的作用方式类似于非克隆植物：出现叶片增大，叶柄增长的现象，同时密度制约了适合度相关性状如分株数目等的增加。 5．野外环境中蛇莓种群格局动态 最后，在进化的单位，种群水平上对蛇莓种群在自然界的动态进行了调查。Spearman相关分析，没有发现光资源和测量指标在量上的相关。在自然界中整合作用使大量分散分布、相互连接的分株相互作用，以促进基株对资源的获取。Moran’s I指数分析显示，随时间的推进，各个指标在相关尺度上有所增加。这暗示了整合作用的存在，分株间联系的加强。大棚实验中观察到的关于各个器官的作用的结论在自然界中得到进一步的验证。蛇莓匍匐茎在遮荫环境中不是作为觅食器官。为了争取对更多光资源的吸收，蛇莓在叶片数和叶形态上发生改变。对分株数、叶片数、匍匐茎数目的分布格局的调查显示出没有一定的规律性，而且处于不断的变化中。这一结果可能暗示种群发展过程中处理异质性分布资源的对策的变化。 此外，本文还揭示了可塑性和整合作用在基因型间的差异，针对所发现的现象，从作用的遗传机制上对可塑性及其适应意义进行了讨论。结合分子生物学和地统计学等学科的研究成果，对进一步的实验提出了方法和路线。

中国东北样带草原段关键种——羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及群落功能群组成和多样性研究

陆地样带是国际地圈——生物圈计划(IGBP)研究中最引入注目的创新之一。目前，国际上已经设立了15条陆地样带，研究内容涉及环境梯度分析、气候变化对植被初级生产力的影响及环境变化、土地利用等与植被变化的对应关系等。沿该陆地样带分布较广的关键种生理适应性等方面对影响其生理功能形态结构的研究较少，特别是茎、叶等组织功能研究较少。 中国东北样带(NECT)是全球陆地样带的重要组成部分，多年来已开展了大量深入系统的研究工作，已成为我国生态学、地学等学科的重要研究平台。本研究以中国东北样带中西段广泛分布的重要关键种——羊草（Leymus chinensis）为研究对象，分析了羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及其与水分利用效率的关系，进而阐述了羊草适应不同生境条件，特别是适应水分变化的机制，为揭示羊草及其种群、群落乃至以羊草为优势种或建群种的草地生态系统在全球变化背景下的发展趋势提供理论依据。 基于2001年7～8月第3次中国东北样带考察资料，采用高精度Olympus显微镜及C同位素分析技术（δ13C判别值），结合在野外取样过程中测定的样地土壤含水量和海拔高度，以及近十年各样地年降水量和年均温度气象资料，分析了羊草茎、叶显微结构和水分利用变化与环境因子的关系，以及以羊草为建群种或共建种的无牧和放牧样地群落生物量、物种多样性和植物功能型组成变化与环境因子的关系。 结果表明：羊草叶片表面及内部主要显微结构特征参数各样地间有不同程度的差异，其中气孔密度与降水量呈线性正相关。代表气孔开张程度的气孔长度和宽度变化与土壤含水量呈线性相关。叶表面角质层厚度与海拔高度变化关系较大，并以上表面角质层厚度变化最为明显，主要受海拔高度升高引起的紫外线照射增强的影响。运动细胞带宽度占叶面积比虽然与各环境因子关系不很密切，但温度变化的影响较突出，这一显微结构调整与气孔变化构成干旱——高温调节机制。叶片表面毛茸的变化也是非常显著的，但与各环境因子关系密切程度均不大，可以肯定的是在土壤水分状况较好的生境下羊草叶片表面毛茸密度及长度明显增加，而一些干旱生境中常表现为毛茸较少、较短，个别样地基本没有发育较好的毛茸。总体上看，羊草叶片对干旱化的形态结构调整以气孔密度和开张程度的变化最大，是羊草叶片调节水分利用效率的重要适应性生态可塑性调整。 与叶片相比，羊草茎横切面结构特征的变化与各环境因子关系的显著性不是很强，但各样地间的差异是比较显著的，许多结构调整可能与土壤养分条件的变化有一定关系，如茎秆粗度变化、基本薄壁组织厚度和中央空腔（髓腔）直径的变化等，但本研究未能涉及这方面内容，有待于进一步研究。 羊草水分利用效率与降水量和土壤含水量呈显著的负相关关系，即随降水量和土壤含水量增大羊草水分利用效率明显降低，蒸腾耗水增大，这一生理变化与显微结构的调整关系密切，特别是气孔密度与气孔宽度在水分较差生境中明显减小，从而有利于适应干旱环境，减少耗水量。表现比较突出的是非地带性林西样地，其降水量处于10个样地的中等偏低水平，但其δ13C判别值较低，达-26.063‰，与降水量较大的长岭、双辽样地几乎相当，并比相邻的林东和克旗样地明显低，其气孔密度、开张程度及叶脉后生导管直径均较高（大），但其土壤水分状况是最好的样地之一，尽管取样时不幸遇到雨天，但从其群落类型——羊草杂类草草甸，并伴生许多中、湿生种类上看，其生境的湿润程度是毋庸置疑的。这一非地带性样地中羊草结构的变化从另一侧面反映了羊草显微结构调整对水分环境的适应。δ13C判别值是一个非常敏感的参数，在分析植物水分利用效率及其相关领域的研究中应深入利用。 群落植物功能群组成与环境因子及群落初级生产力关系研究结果表明，丛生禾草生长型功能群、旱生和中旱生植物水分生态类型功能群具有明显的地带性变化规律，并与群落生物量变化关系密切，变异性较低，占群落生物量比例较大，可考虑作为植物功能型组合对无牧样地植被变化进行评估和预测。在放牧影响下，C4植物光合类型功能群呈现明显的地带性变化，并在群落中所起的作用明显增强，亦可考虑作为评估和预测植被变化的植物功能型组合。无牧样地与放牧样地研究结果均表明，按Raunkiaer划分的地面芽、地下芽、地上芽和一年生植物生活型功能群，其地带性变化不明显，或变异率高，或占群落生物量比例小，不宜作植物功能群组合对植被变化进行评估和预测。

克隆植物绢毛匍匐委陵菜的生态对策研究

本文以匍匐茎草本绢毛匍匐委陵菜(Potentilla reptans L var. sericophylla)为研究对象，基于实验生态学研究方法和野外调查研究了该植物对异质性环境的生态适应对策。 　　对落叶松和油松群林下的绢毛匍匐委陵菜的基株特征和种群特征研究表明：在落叶松林下，绢毛匍匐委陵菜克隆分株具有更大叶面积和更长叶柄;在油松林下，绢毛匍匐委陵菜具有更多的匍匐茎和更多的克隆分株。两个生境中的绢毛匍匐委陵菜形成与其生境相适应的克隆形态和克隆生长特征。在两个群落中的绢毛匍匐委陵菜分株种群的密度和地上生物量没有差异。 　　应用GS+统计软件分析了绢毛匍匐委陵菜分株种群特征及其与所处的土壤基质九个指标（土壤有机质（SOC）、土壤全氮（STN）、土壤全磷（STP）、有效钾（K+）、有效磷（PO43-）、NH4+、NO3-、土壤含水量（SWC）、pH）的空间分布格局的关系，结果显示，绢毛匍匐委陵菜克隆分株种群呈斑块状分布，其克隆分株数的空间自相关尺度为1米;其生长的土壤基质的9个土壤养分及土壤性状指标也都显示了强烈的空间自相关，其自相关尺度（变程）范围在0.24 m ～1.05 m之间，大小顺序为STP>K+>SOC>pH>STN> NO3-> PO43->SWC> NH4+。 其中除STP外，其他8个土壤指标的空间自相关尺度都在0.5 m 左右，NH4+仅为24.4 cm。绢毛匍匐委陵菜野外克隆分株的匍匐茎节间长平均在7 cm 左右。由此表明绢毛匍匐委陵菜克隆分株种群的空间分布尺度大于其所在土壤基质养分及其物理性状的分布尺度，相互联结的克隆分株对异质性土壤资源表现出较大的缓冲能力。其原因之一有可能是克隆生理整合作用使克隆分株局部反应减弱，克隆分株表现趋于一致，克隆分株间实现资源共享，从而高效利用异质性土壤资源。 　　绢毛对匍匐委陵菜克隆特征的局部特化实验将生长在北京东灵山油松（Pinus tabulaeformis）林林窗和林下的绢毛匍匐委陵菜，进行生境间的交互移植-重植野外生态实验以验证绢毛匍匐委陵菜林窗和林下种群间的行为差异是完全由表型可塑性引起，还是局部分化的结果。研究结果表明，实验植物的叶片长度、叶片宽度、叶柄长度和匍匐茎节间长度等克隆形态特征在两生境间无差异。两个来源的植株，其基株生物量、基株分株数和基株匍匐茎总长度等克隆生长特征在林下生境中都比在林窗生境中小，表现出显著的可塑性。所研究的克隆形态特征和克隆生长特征及其可塑性在不同生境来源的实验植物间没有差异。绢毛匍匐委陵菜克隆形态特征和克隆生长特征及其可塑性在林下和林窗生境间没有发生局部分化，林窗为其较适生境，克隆生长特征的可塑性对绢毛匍匐委陵菜利用生境异质性可能具有主要意义。 　　绢毛匍匐委陵菜对土壤养分的克隆可塑性共进行了两个实验。实验1 探讨绢毛匍匐委陵菜对8个土壤基质养分梯度(N, P, K)的克隆可塑性。其结果表明，在植株能够生长的土壤基质养分条件下，随着土壤养分浓度增加，基株生物量、匍匐茎数、分株数增加;生物量分配可塑性反应格局为：随着土壤基质养分浓度的增加，对根生物量投资降低，对叶片的生物量投资增加，而对匍匐茎的投资没有改变。匍匐茎节间长、比叶片重没有对土壤养分梯度发生可塑性反应。随着土壤基质养分的增加，植株根冠比和比根重下降，而根系总长和叶片面积增加。实验2 设置与实验1相同的8个土壤养分梯度，分三个时期收获以探讨绢毛匍匐委陵菜不同发育时期对土壤养分梯度的克隆可塑性，其结果表明：随着植株发育年龄的增加，绢毛匍匐委陵菜的克隆可塑性有增强的趋势。生物量分配格局对土壤养分梯度的可塑性反应早于基株总生物量的可塑性反应;叶片面积、根系总长度和比根重在植物生长后期对土壤养分梯度发生可塑性反应;比叶面积在植物生长早期对土壤养分梯度发生可塑性反应，而在后期则没有;匍匐茎比节间重在生长之初和生长后期均对养分梯度发生可塑性反应。 　　绢毛匍匐委陵菜对局部遮荫的克隆可塑性实验是将采自林窗和林内生境的绢毛匍匐委陵菜“分株对”（即由一匍匐茎节间相连着的两个分株，其一为“目标分株”另一为“相连分株”）在一户外实验中进行全不遮荫、全部遮荫和局部遮荫处理。其结果表明，绢毛匍匐委陵菜基株生物量、匍匐茎总长度、分株数、匍匐茎比节间重、叶柄长、比叶柄重在遮荫条件下较小。匍匐茎节间长度没有对遮荫处理发生反应。在局部遮荫处理，遮荫斑块的分株的叶柄长度由于连着未遮荫斑块中分株而变得更长。这种克隆整合对克隆形态可塑性的修饰作用只在林窗生境来源的实验植物中观察到。其它克隆生长和克隆形态特征的可塑性在不同生境来源的实验植物间没有差异。

水稻分蘖逆制的可塑性生长发育试验和模型辅助分析: 应用植物生长模型缩减基因型与表现型的间隙

表现型是基因型和环境相互作用的结果，不同环境条件下给定基因型能表达为不同的表型，这是我们所熟知的植物表型可塑性。可塑性一方面帮助植物更好地适应不利环境，但我们也不得不承认可塑性，使得人们难以从表型直接理解基因功能。如今，基因组学快速发展允许解密基因更迅速便捷，甚至发现大量基因。因此，进一步理解可塑性过程的基因背景、理解基因和环境对表型的作用非常必要。由于从基因到表型非线性过程，从而引起基因型和表型差异，期望有效方法或工具能跨越这个横沟。植物生长模型已被开发用来模拟植物响应环境动态关系，并且将参数和环境整合到模型方法中。因此，普遍认为植物生长模型将在探讨复杂可塑性基因功能扮演重要作用。水稻是普遍应用在基因组学和功能基因组学典型的模式植物。水稻分蘖是重要的基因依赖环境敏感的过程，这是农学上非常关注的现象。本文将应用模型方法理解水稻分蘖逆制的可塑性。本研究设计了一个相对优化环境条件下，野生型水稻分蘖逆制试验，该试验有两个处理（1）手工剪切分蘖;（2）一个TDNA突变体，并分别设置对照。本试验在法国国际农业研究发展中心（CIRAD）温室开展，每个试验利用水培方法，培育植株50天左右（营养生长阶段）。在营养生长阶段，定期破坏性测量单个器官的鲜重、干重和单个器官的大小。本文尝试应用两个植物生长模型模拟和解释水稻响应分蘖逆制表型发育。GreenLab是一个植物结构数学模型，已被开发用来模拟植物结构动态和结构功能反馈。植物3D结构决定光捕获和生物产量，然后，生物量分配到新的器官，因此，器官形态结构将发生变化，新阶段的生物量生产将会更新。通过基于最小二乘法的CornerFit软件实现了模型参数优化。另一个模型EcoMeristem，基于作物模型和形态发生概念，用来模拟水稻分生组织活动、器官发生和形态过程等可塑性过程，内部竞争指数Ic主要与环境相关，参数主要描述基因功能。通过植物生长过程模拟与测量的优化，手工提取了模型参数。这两个植物生长模型演示了缩减基因型与表型之间的差距，并实现了水稻响应分蘖完全逆制的可塑性过程。GreenLab模型有一个极好的器官发生基础，但本研究限于单茎拓扑结构。另外，该模型有更长的时间步长，这对描述植物可塑性没有提供足够的分辨能力，这在EcoMeristem模型中得到了解决。很明显，EcoMeristem模型有更弱的结构基础，这可能蕴含了一些可塑性信息的缺失。总体而言，EcoMeristem模型有更专业的可塑性过程、基因环境理解和表达能力。

丛枝菌根真菌对异质性环境中克隆植物的影响

克隆植物同一基株的相连克隆分株或克隆片段常常生长在资源条件不同的斑块中，分株间形成克隆整合和克隆可塑性以及克隆分工等有效地获取必需资源的生态适应对策，提高在异质性斑块生境中的适合度，适应环境的异质性变化。但在以往的克隆植物生态学的理论研究中，为了研究的简化和方便，往往忽略了土壤中微生物的作用。丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌是自然界中广泛存在的土壤微生物之一，可与大多数的高等植物形成共生菌根，影响植物的生长、发育及其在生态系统中的作用。 本文应用实验生态学方法，以蛇莓、狗牙根和白三叶为研究对象，在温室受控条件下，对异质养分斑块中的分株对接种AM真菌，探讨AM真菌对资源斑块中克隆植物的影响。 第一个实验设计单一磷养分斑块，以蛇莓(Duchesnea indica)和摩西球囊霉(Glomus mosseae)为研究对象，探讨丛枝AM真菌对克隆整合的影响。将蛇莓相连的两个分株，即分株对，分别种植在两个隔离的花盆中，各施以高磷和低磷营养液，保持或切断分株间匍匐茎连接，即间隔子，再将菌剂接种到低磷斑块中分株。结果发现间隔子状态和接菌处理都显著影响低磷斑块中蛇莓分株的根系生物量分配。对照处理中保持间隔子连接显著减少低磷斑块中分株生物量向根系的分配，接菌后这一差异显著减小。保持间隔子连接或接菌对高磷斑块中分株的根系生物量分配不显著。保持间隔子连接和接菌都显著增加低磷斑块分株的生物量在分株对生物量中所占比例，二者无显著交互作用。 第二个实验设计光照和养分斑块，以狗牙根(Cynodon dactylon)和摩西球囊霉为研究对象，探讨AM真菌对克隆植物非局域反应的影响。将狗牙根分株对的两个分株分别种植在两个花盆中，各施以光照强度与土壤养分交互斑块性环境条件，形成高养低光和高光低养斑块，保持或切断间隔子，再将菌剂接种到目标分株。结果发现对照处理中，间隔子状态显著影响分株的局域反应。高养斑块中保持间隔子连接的分株的根长显著大于间隔子断裂的分株的根长，高光斑块中保持间隔子连接的分株的根长显著小于间隔子断裂的分株的根长。高光斑块中保持间隔子连接的分株的叶面积显著大于间隔子断裂的分株的叶面积，间隔子状态对低光高养斑块分株的叶面积无显著影响。在低光高养斑块中，相对于间隔子断裂的分株，间隔子连接的分株将更多的生物量分配到根系，而在高光斑块中的分株则相反。这些都说明，无AM真菌侵染的情况下，狗牙根分株对的两个分株在实验中各自形成的克隆部分的分株形态反应都受到了克隆整合的作用，表现为非局域反应。接种AM真菌后，高光斑块中分株的根长和高养斑块中分株的叶面积在间隔子连接和断裂处理之间的差异显著减小。生物量分配的差异不受接菌的影响。对照处理中，高养斑块中间隔子连接的分株生物量和分株数显著高于间隔子断裂的分株，但高光斑块中分株之间无显著差异。接种AM真菌显著降低高养斑块中分株的生物量和分株数，对高光斑块中分株无显著影响。 第三个实验设计光照和养分交互斑块，以白三叶(Trifolium repens)和多种AM真菌为研究对象，探讨AM真菌及其多样性对克隆分工的影响。将间隔子连接(整合)或断裂(无整合)的白三叶分株对种植于光照强度和土壤养分交互斑块性资源条件下(即，高光低养和低光高养)，向分株对接种灭菌处理、单种或五种AM真菌的菌剂。结果发现，对照处理中，间隔子连接的分株对在光养交互斑块中与间隔子断裂的分株对相比较表现出克隆分工，即高光低养斑块中的分株的根系生物量分配增加，低光高养斑块中的分株的根系生物量分配减少。单菌处理没有影响对照处理中间隔子状态对分株对生物量分配的改变；多菌处理显著减小对照中生物量分配的改变；与单菌处理比较，多菌处理能显著减小生物量分配的改变。在高光低养斑块中，多菌处理显著抑制间隔子断裂分株的根生物量分配的增加。在低光高养斑块中，多菌处理完全抑制在对照处理中间隔子连接的分株的根生物量分配的增加。在对照处理中，间隔子连接分株的单叶面积、总叶面积、叶柄长、根长都与生物量分配趋势一致，表现出对丰富资源的特化。接菌处理能显著抑制这些形态指标的改变。多菌处理显著抑制这些指标的特化，并且抑制效果显著强于单菌处理。间隔子状态和AM真菌处理显著增加高光低养、低光高养斑块中分株及整个克隆片段的生物量和分株数。多菌处理抑制间隔子连接的克隆片段生物量和分株数增加。克隆片段的生物量和分株数在对照和单菌处理间无显著差异，在多菌处理中显著高于在单菌处理中。 以上三个实验说明，(1)AM真菌对克隆植物生长的影响与非克隆植物一样，受到植物种类和环境资源水平的影响；(2)AM真菌对异质性资源环境中克隆植物的影响由于植物不同而产生不同的效应；(3)提高AM真菌的多样性可能增强菌根对克隆植物的作用。 这些研究结果揭示出AM真菌与异质性环境中克隆植物整合作用、非局域反应和克隆分工作用的交互影响，表明克隆生长在生态系统中的重要性可由生物和非生物因素共同决定。

Experimental and theoretical comparison between static and dynamic torsional soil tests

The dynamic properties of dry Leighton Buzzard sand have been investigated using a resonant column test apparatus. These data are compared with very low frequency cyclic tests on identical specimens of sand. The comparison indicates that the properties of dry sand are independent of frequency. A simple one-dimensional model of kinematic hardening plasticity is used to predict the dynamic behaviour of the sand. The input parameters for this model are based on the results of static tests. These may be conducted on standard laboratory equipment with only minor modifications. The predictions are in good agreement with the measured data.

The influence of repeated loading, residual stresses and shakedown on the behaviour of tribological contacts

Most tribological pairs carry their service load not just once but for a very large number of repeated cycles. During the early stages of this life, protective residual stresses may be developed in the near surface layers which enable loads which are of sufficient magnitude to cause initial plastic deformation to be accommodated purely elastically in the longer term. This is an example of the phenomenon of 'shakedown' and when its effects are incorporated into the design and operation schedule of machine components this process can lead to significant increases in specific loading duties or improvements in material utilization. Although the underlying principles can be demonstrated by reference to relatively simple stress systems, when a moving Hertzian pressure distribution in considered, which is the form of loading applicable to many contact problems, the situation is more complex. In the absence of exact solutions, bounding theorems, adopted from the theory of plasticity, can be used to generate appropriate load or shakedown limits so that shakedown maps can be drawn which delineate the boundaries between potentially safe and unsafe operating conditions. When the operating point of the contact lies outside the shakedown limit there will be an increment of plastic strain with each application of the load - these can accumulate leading eventually to either component failure or the loss of material by wear. © 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mechanical constraint and loading on ferroelectric memory capacitors

The influence of mechanical constraint imposed by device geometry upon the switching response of a ferroelectric thin film memory capacitor is investigated. The memory capacitor was represented by two-dimensional ferroelectric islands of different aspect ratio, mechanically constrained by surrounding materials. Its ferroelectric non-linear behaviour was modeled by a crystal plasticity constitutive law and calculated using the finite element method. The switching response of the device, in terms of remnant charge storage, was determined as a function of geometry and constraint. The switching response under applied in-plane tensile stress and hydrostatic pressure was also studied experimentally. Our results showed that (1) the capacitor's aspect ratio could significantly affect the clamping behaviour and thus the remnant polarization, (2) it was possible to maximise the switching charge through the optimisation of the device geometry, and (3) it is possible to find a critical switching stress at zero electric field and a critical coercive field at zero residual stress. © 2009 Materials Research Society.

特异突触可塑性干扰肽在小鼠吗啡条件化位置偏爱表达过程中的作用

在作为成瘾检测手段的条件化位置偏爱模型中,环境背景和成瘾药物间的关联性学习起着关键的作用.突触可塑性作为学习记忆可能的物质基础,在药物成瘾方面的研究也越来越多,但其表现形式,长时程增强(LTP)或者长时程抑制(LTD)在成瘾过程中所发挥的具体作用尚不得而知.因此,本文利用生物信息学手段,设计并合成了旨在分别阻断LTP和LTD的干扰肽,研究其对小鼠吗啡条件化位置偏爱的影响.结果发现,干扰肽Pep-A2和Pep-A3能够分别特异地阻断海马CA1区的LTP和LTD,在测试前尾静脉注射具有穿膜特性的LTP/LTD特异性干扰肽(Tat-A2/Tat-A3),均能阻断或损伤吗啡诱导的条件化位置偏爱的表达.此发现提示我们,LTP和LTD在成瘾性异常记忆的过程中均发挥着重要的作用.

Calcium-permeable acid-sensing ion channel is a molecular target of the neurotoxic metal ion lead

Acid-sensing ion channels (ASICs) are emerging as fundamental players in the regulation of neural plasticity and in pathological conditions. Here we showed that lead (Pb2+), a well known neurotoxic metal ion, reversibly and concentration-dependently inhib

Propofol facilitates the development of long-term depression (LTD) and impairs the maintenance of long-term potentiation (LTP) in the CA1 region of the hippocampus of anesthetized rats

Memory is sensitive to the short-acting anesthetic (2,6-diisopropylphenol) propofol, but the underlying mechanism is little known. Here, we have examined the effects of propofol on synaptic plasticity in the CA1 region of the hippocampus of anesthetized rats. We found that low dose of propofol (20 mg/kg, i.p.) did not affect the basal transmission, but enhanced prominently the development of long-term depression (LTD) and impaired the maintenance of long-term potentiation (LTP). The impairment of LTP maintenance and enhancement of LTD development may contribute to propofol-induced deficits in memory following propofol anesthesia. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.