山东山旺中新世植物重要类群演化生物学与古气候定量重建的研究

　　早在20世纪三十年代，前人发现山旺中新世具有丰富的植物化石，枝叶、果实、花保存完好。1940年我国植物学家胡先骗与美国加州大学钱耐发表研究专著《中国山东山旺中新世植物群》，报道了30科61属84种植物，为最早系统地进行山旺植物研究的奠基之作，至今仍然具有很高的科学价值和国际影响。1946年布朗发表论文涉及山旺部分属种修订工作。1951年斯行健发表文章：评胡先骗与钱耐著“山东中新统植物群”， 对部分属种鉴定提出异议。1978年植物所与南古所老一辈科学家又作了大量补充与修订，完成合著《中国新生代植物》，该书对山旺植物群进行了系统整理，总计43科87属125种植物，奠定了 山旺植物群的基本面貌。此后，山旺植物群陆续有新的类群添加。目前所知山旺植物群主要以温带落叶植物为主混生了部分亚热带常绿和落叶阔叶植物。该植物群不仅种类繁多，数量丰富，而且保存完整，是我国新生代植物群中研究程度最好的代表。 尽管山旺研究已经取得如此丰富的成果，但是在Hu&Chaney (1940)研究山旺植物群之后的长达60年里( 1940-1999)，关于山旺叶、果实与花的研究仅局限于外部的形态描述，缺乏对其进行细胞形态结构和角质层等结构植物学的实验分析研究，从而大大制约了对该植物群性质的理解和类群演化生物学的深入的研究。 近年来我们通过与国际国内同行的广泛合作，运用国际古植物学研究的新技术、新方法，如叶结构分析、角质层分析、细胞形态结构分析等，在光学显微镜与电子显微镜不同层次的观察上，将植物体外部形态学与内部细胞结构研究相结合，开展对山旺植物群的类群研究，取得了重要进展。我们首次成功提取了山旺植物“阿斯羌属”(As tronium)的角质层，并观察到气孔器结构，为该类群的正确修订提供了确凿的生物学证据，建立了化石新属钱耐属(Wang andManchester，2000)。山旺中新世地层中过去报道存在大量的“阿斯羌”花化石，为五个萼片宿存的辐射对称的花，果实球形，一枚，项生。这种生殖结构也普遍见于欧洲大陆的中新世地层和北美大陆美国的始新世地层中。欧洲人Heer在1859年提出它属于分布于东亚的旋花科的飞蛾藤属(Porana)植物; Weyland在1937年认为它应当是热带龙脑香科非洲马达加斯加岛屿特有分布的Mono tes属植物;美国人MacGinitie在1953年认为它属于分布于南美的漆树科的阿斯羌属(Astronium)植物，其确切系统位置众说纷纭。在中国新生代植物一书中，采用了美国人MacGinitie在1953年的观点，称之为阿斯羌花。斯行健先生认为是旋花科的飞蛾藤属植物。 我们调查了密苏里北京植物园标本馆馆藏的南美和非洲标本，以及哈佛大学标本馆的馆藏东亚标本，对上述科属现存植物的花结构进行了全面的详细研究。发现5个萼片宿存的辐射对称的花见于多个不同的科属类群，是一种趋同演化性状，而萼片脉纹与表皮细胞气孔器排列、果实形态与数目等特征在上述不同类群中极易区分。因而逐一排除了属于上述现存类群的可能性。我们研究的山旺与北美的化石标本显示的果实个体发育过程与现存植物苦木科苦木属(Picrasma)的果实发育相似，果实发育早期为5枚分离，后期3-4枚退化，仅1-2枚，通常为1枚球形果实留存，花瓣脱落，萼片宿存。但是，它们二者在果实形态与萼片表皮结构上，仍存在很大差异。现在认为它属于一个绝灭的植物类群，化石的系统位置尚无法放入现存的科属系统，可能接近于苦木科。因此，建立了一个化石新属钱耐属(Chaneya)。目前，该属包含二个种，一个分布于北美始新世地层，另一个分布于东亚中新世地层，欧洲的材料由于缺乏深入研究，尚无法确定归属。钱耐属在北半球第三纪地层中呈东亚北美间断分布。钱耐属的研究，不仅为探讨东亚与北美植物区系的联系和植物类群的分化历史提供了重要的证据(Wang and Manchester，2000)，更为深入探讨山旺化石植物重要类群的结构与演化生物学研究提供了成功的范例。 山旺的榉属(Zelkova)是山旺植物群的一个常见分子。榉属是欧亚大陆分布的植物，现存6种，在欧亚大陆第三纪地层中发现了大量的榉属化石，包括果实与叶连生的枝条。在北美大陆虽然有榉属化石报道，但是由于缺乏果实，仅靠叶的特征难以令人信服，榉属是否存在于北美仍有争议( Manchester，1989;Manchester，个人通讯)。近年基于我们在山旺组发现和采集到大量的榉属离散叶片以及联生有果实和叶的生殖枝条的深入研究，获得了化石叶结构、表皮细胞、表皮毛、气孔器、核果的大量结构生物学信息。通过与奥地利维也纳大学的 Ferguson教授合作，建立了欧亚现存榉属6个种的生物学形态与结构信息参照系，古今对比结果清楚表明山旺榉的叶缘齿式结构及表皮特征组合最接近我国南部分布的Z. schneideriana，而不是Hu and Chaney (1940)建议的广布于东亚的Z serrata，也明显不同于欧亚大陆共有、分布于西亚伊朗和东欧高加索地区的Z. carpinifolia。常见于欧洲第三纪的翁格榉(Z. ungeri)在形态学更接近Z.carpinifolia。因此，山旺榉明显不同于翁格榉，有其独立的种级特征，应建立东亚中新世榉属的一新种一山旺榉(Z shanwangensis sp. nov.)。榉属在欧亚大陆上的种级分化可能至少在中中新世即已出现。 我们1995年报道了山旺中新世地层发现中国特有植物杜仲化石，并利用先进的电子显微镜设备，找到了确凿无疑的原位化石杜仲特殊胶丝结构直接证据。《美国植物学报》1997年发表文章评论这是目前我国唯一可靠的、保存有精美的胶丝细胞结构的杜仲化石。近年我们迸一步采用古今结合的方法，运用自创的“特有种气候分析法”，对中国重要特有植物杜仲开展了多学科综合研究，利用现存杜仲种子春季萌发需要特定温度的生理学研究结果，结合自然分布区的温度分布，定量恢复了山旺中新世古春季温度数值;该项研究工作的论文列入著名国际SCI刊物《美国植物学报》2003年1月第一期首篇文章。美国植物学报评审人评价：这是应用现代植物实验数据解决地质时期古气候学问题的一个极好例子，是经典之说“现代是（认知）过去的钥匙”的例证，更是当前古植物学研究的一个范例。该文作出的重要贡献体现在如下几个方面：1、提供了现代植物生理生态的实验数据;2、提供了古植物学研究需要的解剖学证据（胶丝）;3、更正了古生物地理方面的一个假说（杜仲何时在中国出现）; 4、提出了一个解答古气候学问题的新方法。 最后一点实际上也是最重要的一点。” 油杉属的研究显示该属现代有三个种，生活在东亚中国，越南和老挝。它曾经在北半球广泛分布，以球果、种鳞、具翅的种子、木材等形式保存在新生代第三纪地层中，如已经有报道的北美大陆美国俄勒冈渐新世和中新世，欧洲中部中新世，亚洲日本中新世和上新世，俄罗斯远东渐新世到中新世地层。本次山旺中中新世与美国俄勒冈渐新世Rujada flora发现的油杉，接近现存油杉属的属型种油杉。北美中新世和亚洲日本中新世和上新世报道了接近于现存种铁坚油杉的化石。这些证据反映了东亚与北美第三纪植物区系的联系远比今天密切，油杉在北美中新世末期后、在欧洲早更新世之后和在东亚日本上新世结束，在上述地区消失。油杉今天仅孑遗分布于东亚中国秦岭以南、雅砻江以东，长江以南及台湾、海南岛和越南、老挝等亚热带至热带北缘的低山、丘陵山区。山旺油杉的球果化石具有现存油杉和铁坚油杉复合种的特征，可能代表了兼具中国两种油杉共同特征的一个早期类型，由此也表明油杉和铁坚油杉的物种分化在中国有可能是1500万年以来发生的新近事件。同时，油杉球果（松科）的首次发现，解决了山东山旺中中新世化石产地有无裸子植物这个长达半个世纪的争论(Hu andChaney，1940：斯行健，1951)，进一步确证了山旺中中新世气候为亚热带山地气候类型。

Quantification and reduction of unobserved mortality rates for snow, southern Tanner, and red king crabs (Chionoecetes opilio, C. bairdi, and Paralithodes camtschaticus) after encounters with trawls on the seafloor

Unobserved mortalities of nontarget species are among the most troubling and difficult issues associated with fishing, especially when those species are targeted by other fisheries. Of such concern are mortalities of crab species of the Bering Sea, which are exposed to bottom trawling from groundfish fisheries. Uncertainty in the management of these fisheries has been exacerbated by unknown mortality rates for crabs struck by trawls. In this study, the mortality rates for 3 species of commercially important crabs—red king crab, (Paralithodes camtschaticus), snow crab (Chionoecetes opilio) and southern Tanner crab (C. bairdi)—that encounter different components of bottom trawls were estimated through capture of crabs behind the bottom trawl and by evaluation of immediate and delayed mortalities. We used a reflex action mortality predictor to predict delayed mortalities. Estimated mortality rates varied by species and by the part of the trawl gear encountered. Red king crab were more vulnerable than snow or southern Tanner crabs. Crabs were more likely to die after encountering the footrope than the sweeps of the trawl, and higher death rates were noted for the side sections of the footrope than for the center footrope section. Mortality rates were ≤16%, except for red king crab that passed under the trawl wings (32%). Herding devices (sweeps) can expand greatly the area of seafloor from which flatfishes are captured, and they subject crabs in that additional area to lower (4–9%) mortality rates. Raising sweep cables off of the seafloor reduced red king crab mortality rates from 10% to 4%.

小麦抗寒力诱导过程中特异性蛋白质的合成

以5个不同抗寒性小麦品种（不抗寒的春小麦京771，抗寒性中等的郑州741和济南13号，以及强抗寒性冬小麦农大139和燕大1817）为材料，对其在抗寒锻炼过程中所发生的可溶性蛋白及膜蛋白组分的变化进行了电泳图谱的分析。主要结果如下： 1、可溶性蛋白质电泳图谱的分析表明：人工低温锻炼20天后，在不同品种中新合成的多肽分子量分别为：郑州741是28，73 KD;济南13号是24，28和73 KD;农大139是28，60，65和68 KD;田间抗寒锻炼的燕大1817为15，28，51，60，65和68 KD。 2、不同抗寒性品种经人工低温锻炼20天后，新合成的膜多肽分别是：郑州741为30和68 KD;济南13号为30，58，68和81 KD;农大139为18，21，27，32和56 KD。田间锻炼的冬小麦燕大1817为21，29，36，43和83 KD。 3、脱锻炼后，抗寒特异性的多肽及与抗寒相关的膜多肽发生减少或完全消失。 4、春小麦在低温锻炼后，抗寒力不显著提高，不产生抗寒特异蛋白质。此外，膜多肽的变化也较少。 以上结果进一步揭示和证实，在小麦的抗寒锻炼过程中无论是可溶性蛋白还是膜蛋白均确实有抗寒特异性蛋白的新合成，并在各品种间表现出某些共同的特异性多肽，这些新合成的多肽与品种的抗寒性存在密切的关系，品种愈抗寒，特异多肽的种类愈多。这些结果进一步证明，植物抗寒性是由多基因控制的。

Accelerating loss of seagrasses across the globe threatens coastal ecosystems

Coastal ecosystems and the services they provide are adversely affected by a wide variety of human activities. In particular, seagrass meadows are negatively affected by impacts accruing from the billion or more people who live within 50 km of them. Seagrass meadows provide important ecosystem services, including an estimated $1.9 trillion per year in the form of nutrient cycling; an order of magnitude enhancement of coral reef fish productivity; a habitat for thousands of fish, bird, and invertebrate species; and a major food source for endangered dugong, manatee, and green turtle. Although individual impacts from coastal development, degraded water quality, and climate change have been documented, there has been no quantitative global assessment of seagrass loss until now. Our comprehensive global assessment of 215 studies found that seagrasses have been disappearing at a rate of 110 square kilometers per year since 1980 and that 29% of the known areal extent has disappeared since seagrass areas were initially recorded in 1879. Furthermore, rates of decline have accelerated from a median of 0.9% per year before 1940 to 7% per year since 1990. Seagrass loss rates are comparable to those reported for mangroves, coral reefs, and tropical rainforests and place seagrass meadows among the most threatened ecosystems on earth.

运用减法杂交、差异筛选与信使RNA差别显示聚合酶链式反应克隆冬小麦春化相关基因

对于某些一年生或二年生高等植物，春化作用是诱导其成花的一个重要的环境因子。冬小麦春化进程中存在着一个核酸代谢的关键期，利用分子生物学技术分离特异表达的基因是研究春化诱导成花机理的一个突破口。 利用TRIzol试剂快速提取冬小麦燕大1817(Triticum aestivum L. cv Yanda 1817)未春化、春化4d、春化20d、5d脱春化的胚芽中的总RNA，去除污染的DNA后，将引物P_1(5'TTTTTTTTTTTCA3')、P_2(5'TTTTTTTTTTCC3')与10个碱基的随机引物OPF_1-OPF_(20)、OPG_1-OPG_(20)组成80个引物对，对不同来源的RNA进行差别显示，共显示了大约10,000种mRNA，结果发现了两个仅在春化20d这一关键期表达而在未春化、春化4d、5d脱春化时不表达的春化相关基因(VRG)VRG49与VRG54。Northern分析进一步表明这两个基因仅与春化20d的冬小麦RNA有杂交信号。将VRG49与VRG54亚克隆于pGEM-4Z载体上，利用T_7测序系统获得了VRG49和VRG54的DNA序列，它们的长度分别为307bp与169bp。 春化21d的冬小麦京冬1号(T. aestivum L. cv Jingdong No. 1)胚芽的mRNA在逆转酶作用下反转录成sscDNA杂交，将过量的未春化、脱春化的mRNA与sscDNA杂交，运用磁珠法分离出未杂交上的sscDNA，以特异的sscDNA为模板，用DNA聚合酷I合成了dscDNA。通过对dscDNA内部EcoRI位点的甲基化、末端补平、EcoRI接头的安装、连接进入λgt10载体的EcoRI位置，以及运用包装系统进行体外包装，建立了库容为4 * 10~6pfu的富集低温诱导的冬小麦cDNA噬菌体文库。用来源于未春化、春化21d、脱春化的冬小麦mRNA合成3种cDNA探针，对噬菌斑进行原位杂交，结果筛选出了3个春化相关基因(VRG)VRG79、VRG111和VRG231。Dot blotting与Northern分析表明VRG79仅在冬小麦春化关键期21d表达。运用PCR方法从λgt10DNA中扩增出VRG79片断并亚克隆于PUC18载体上，通过T_7测序系统获得了VGR79的序列，其包括349个碱基。 通过Internet将VRG49、VRG54、VRG79与GenBank、EMBL、DDBJ、PBD中的序列进行同源性分析，结果发现这些基因至少是在植物中新发现的基因，对这些基因推测的一些功能也进行了讨论。

Impact of hatchery releases on the recreational fishery for Pacific threadfin (Polydactylus sexfilis) in Hawaii

The Pacific threadfin (Polydactylus sexfilis) is considered one of the premier Hawaiian food fishes but even with catch limits, seasonal closures, and size limits, catches have declined dramatically since the 1960s. It was identified as the top candidate species for stock enhancement in Hawaii, based on the decline in stocks, high market value, and importance of the fishery. In the stock enhancement program for Pacific threadfin, over 430,000 fingerlings of various sizes were implanted with coded wire tags and released in nursery habitats along the windward coast of Oahu between 1993 and 1998. Because few Pacific threadfin were present in creel surveys conducted between 1994 and 1998, Oahu fishermen were offered a $10 reward for each threadfin that was caught (for both hatchery-reared and wild fish). A total of 1882 Pacific threadfin were recovered from the reward program between March 1998 and May 1999, including 163 hatchery-reared fish, an overall contribution of 8.7% to the fishery. Hatchery-reared fish accounted for as high as 71% of returns in the release areas. Hatchery-reared fish were recovered on average 11.5 km (SD=9.8 km) from the release site, although some had moved as far away as 42 km. Average age for recovered hatchery-reared fish was 495 days; the oldest was 1021 days. Cultured Pacific threadfin juveniles survived and recruited successfully to the recreational fishery, accounting for 10% of fishermen’s catches on the windward side of Oahu. Recruitment to the fishery was highest for the 1997 release year; few juveniles from earlier releases were observed. Presence of a few large, fully developed females in the recreational fishery suggested that hatchery-reared fish can survive, grow, and reproductively contribute to the population. Implementation of an enhancement program that is focused on juveniles and perhaps large females, as part of an integrated fishery management strategy, could speed the recovery of this fish population.