白皮松（Pinus bungeana）和青杄（Picea wilsonii）花粉脱壁技术建立及细胞学研究

花粉是种子植物受精过程中雄性生殖细胞的载体，在有性生殖过程中起着非常重要的作用。花粉与柱头、花柱、子房等都有相互作用，起识别作用的是细胞壁蛋白，而花粉粒的壁有明显的两层：内壁和外壁。裸子植物花粉与被子植物相比具有萌发时间长、生长缓慢、授粉－受精时间长等特点。花粉的内壁与外壁在花粉萌发和生长过程中的功能仍然缺乏研究，但是迄今为止现有的分子生物学技术在获得裸子植物花粉壁突变体方面并没有发挥作用。本研究以裸子植物白皮松(Pinus bungeana)和青杄（Picea wilsonii）花粉为材料建立裸子植物花粉脱壁的体系，包 括脱外壁花粉和花粉原生质体的制备，即将花粉的两层壁逐层剥离，并在此基础上进行了细胞学研究。 本文首先建立了裸子植物脱外壁花粉的分离技术。实验表明低浓度的酶组合短暂酶解后，辅以机械研磨，可以释放出大量的脱外壁花粉。其中在这两种裸子植物中的处理稍有不同，白皮松的脱外壁花粉在含12％蔗糖，0.5%纤维素酶和0.3%离析酶的溶液，pH 5.8 ，孵育半小时，辅以一定力度机械研磨的方法获得，而青杄脱外壁花粉的条件是0.8%纤维素酶和0.5%离析酶、12％蔗糖的溶液，其它条件类似。 其次我们成功建立了一种快速、有效、可重复的分离白皮松和青杄花粉原生质体的系统，分离频率可高达70%。对白皮松而言，最好的分离条件是2% 纤维素酶、1.5%离析酶、15%蔗糖、pH 5.8，黑暗、24℃条件下轻微振荡、酶解6 小时。3％纤维素酶和2％离析酶组合比较适宜青杄花粉原生质体的分离，同时需要较低浓度的蔗糖溶液（12％）。青杄花粉原生质体要远大于白皮松花粉原生质体，前者直径为80µm，后者为40µm。强烈的FDA 荧光显示很好的活性。在制备的过程中，酶的浓度、酶的配比、酶解时间、渗透压调节剂、起始材料对分离率都有影响。 运用免疫荧光标记技术显示，脱外壁花粉的表面存在纤维素、果胶质、阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGPs）和凝集素结合位点，其中纤维素在整个表面都有分布，但在萌发孔附近的荧光最强;白皮松脱外壁花粉表面有胼胝质的存在，主要位于靠近气囊的部位，而青杄脱外壁花粉表面未能检测到胼胝质;酸性果胶质在白皮松脱外壁花粉靠近萌发孔处的荧光稍弱于其它部位，而在青杄脱外壁花粉的表面近极端的荧光要强于远极端;白皮松脱外壁花粉表面有酯化果胶的沉积，而青杄脱外壁花粉表面缺失酯化果胶;白皮松和青杄两种植物脱外壁花粉表面均有阿拉伯半乳糖的分布，而白皮松脱外壁花粉的荧光要远强于青杄;白皮松和青杄脱外壁花粉表面有伴刀豆凝集素（Conconavalin agglutinin, Con A ）和大豆凝集素（soybean agglutinin, SBA ）结合位点的分布，而缺失麦胚凝集素（wheat germ agglutinin, WGA）结合位点。另外，傅立叶红外光谱(FTIR) 分析结果也同样支持上述结论。

华山松（Pinus armandi）地理变异的生态生理学研究

华山松(Pinus armandi)是我国西部高海拔温凉山区的主要树种，自然分布大约在北纬23° 30'-36°30'，东经88°50'-113°30'之间，横跨13个省（区）包括两个季风区，六个气候带。由于水平空间区域广阔，分布区中间地带又为川藏高原的高山峡谷区，群体疏散，基因的迁移和交流困难，致使南北群体出现深刻的遗传分化，并在形态上、生理上充分表达出来。研究结果表明: 1)华山松树高生长出现明显的地理渐变模式，在同一适宜的立地条件下，15年生的南方群体的树高会超出北方种源的2-3倍。针叶长度也同样具有明显的南北差异，南方群体较长。 2)地理因子相关分析表明纬度因子是主导因子，根据种源的地理坐标，利用中科院植物所植被数量生态学开放室有关数据库和生态信息系统(EIS)进行有关气候数据统计分析表明大多数环境气候因子主要是由纬度决定的。在环境因子当中，年平均温度和极端最低气温，在华山松地理变异过程中起主要作用。利用聚类分析方法，可把华山松大致分为南北两个地理型，正好与气候因子聚类而成的两个环境类型相对应，反映着两个自然地理区的自然生态因子的综合区别。 3)利用已有的幼林生长数据和我们在华山松进入杆材期(15年生)的树高调查结果，作相关分析，发现二者相关关系显著。因此，利用早期树高作生长预测在林木选育上是可行的。 4)根据六个种源测定结果，发现南方温暖湿润气候条件下华山松种子较大，种壳较薄，而北方种源种子相对较小，种皮要厚一些。 5)虽然种群之间中性盐及碱性溶液提取的种子蛋白含量差异明显，但没有地理变异趋势。分析多肽组成，中性盐溶种子蛋白也没有地理特征。但碱性溶液提取的种子蛋白多肽组成却有明显地域性。其中36KD多肽仅出现在北方种群中，南方种群则没发现有同样多肽。 6)西藏种源表现出了一种独特的生物学特性，其种子较大有南方种源特征，但种皮厚又带有北方种源的特点，除此之外，它的碱性溶液提取的种子蛋白中含有36KD多肽，因此它可能是南北两个类群中的中间类型。 7)用活体针叶作测材料时，没能检测出光谱特性的地理变异。但改用分离的叶绿体作试验材料，发现南方种群的光能吸收4阶导数光谱在680nm处的峰值较大，670nm峰值较小，而北方种群中出现了670nm峰值较大的类群，推测北方种群反应中心活力有下降趋势。另外，低温荧光发射光谱及低温荧光激发光谱也有明显的地域分化，表明体内色素状态有一定的地理变异。 8)时绿素a荧光诱导动力学测定表明，南方种群可变荧光(Fv/Fo)与光能转换效率(Fv/Fm)较高，北方种群则相对要小一些，与四阶导数吸收光谱测定结果吻合．利用饱和脉冲重复激发技术，发现光化学荧光淬灭(Qp)和非光化学荧光淬灭(Qn)在北方种群中较大，南方种群较小，其中，Qn变化非常明显，而Qp变化较小． 综合研究结果，除树高生长．针叶和种子形态外，36KD碱溶性种子蛋白多肽680nm处4阶导数吸收光谱峰值大小，可变荧光强度(Fv/Fo)光能转换效率(Fv/Fm)以及非化学荧光淬灭系数都带有明显的地理特征，与华山松生长和适应能力紧密相关，可作为生理指标应用于生态地理型的区分或华山松的早期选择。

子午岭林区人工与天然油松林(Pinus tabulaeformis)养分库和碳库特征

为了揭示黄土高原地区人工油松林自然化发育过程中的植物叶片与土壤养分库和碳库的变化规律,采用典型样地法,以子午岭林区天然油松群落为参照,选择了不同立地条件的人工油松林,分别对其土壤的氮库、碳库及植物叶片养分库和碳库进行了分析。结果表明,该区油松针叶C、N、P的含量平均值分别为(499.5±63.75)mg/g、(8.53±0.50)mg/g和(0.94±0.64)mg/g,叶片C含量大小依次为阳坡天然林>阴坡天然林>阴坡人工林>阳坡人工林,阳坡人工林叶片N、P含量显著高于阳坡天然林。不同立地条件下油松林叶片C/N、C/P差异显著,叶片N、P和N/P均达到极显著水平,但是叶片C含量差异不显著。油松叶片C含量与N、P含量均呈极显著负相关,N和P之间的呈显著正相关。不同立地的油松林除40～60cm土层土壤C、N含量无显著差异外,0～20cm和20～40cm两个土层的人工林土壤C、N含量显著高于天然林,同时阳坡人工林土壤C、N含量显著高于阴坡人工林。0～20cm、20～40cm两个土层土壤C含量与N含量均呈极显著正相关,与植物N、P均呈显著正相关。子午岭林区阳坡的人工油松林不仅叶片养分含量较高,而且林地土壤是该区土壤的...

January to August temperature variability since 1776 inferred from tree-ring width of Pinus tabulaeformis in Helan Mountain

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Phylogeography of Pinus tabulaeformis Carr. (Pinaceae), a dominant species of coniferous forest in northern China

How coniferous trees in northern China changed their distribution ranges in response to Quaternary climatic oscillations remains largely unknown. Here we report a study of the phylogeography of Pinus tabulaeformis, an endemic and dominant species of coniferous forest in northern China. We examined sequence variation of maternally inherited, seed-dispersed mitochondrial DNA (mtDNA) (nad5 intron 1 and nad4/3-4) and paternally inherited, pollen- and seed-dispersed chloroplast DNA (cpDNA) (rpl16 and trnS-trnG) within and among 30 natural populations across the entire range of the species. Six mitotypes and five chlorotypes were recovered among 291 trees surveyed. Population divergence was high for mtDNA variation (G(ST) = 0.738, N-ST = 0.771) indicating low levels of seed-based gene flow and significant phylogeographical structure (N-ST > G(ST), P < 0.05). The spatial distribution of mitotypes suggests that five distinct population groups exist in the species: one in the west comprising seven populations, a second with a north-central distribution comprising 15 populations, a third with a southern and easterly distribution comprising five populations, a fourth comprising one central and one western population, and a fifth comprising a single population located in the north-central part of the species' range. Each group apart from the fourth group is characterized by a distinct mitotype, with other mitotypes, if present, occurring at low frequency. It is suggested, therefore, that most members of each group apart from Group 4 are derived from ancestors that occupied different isolated refugia in a previous period of range fragmentation of the species, possibly at the time of the Last Glacial Maximum. Possible locations for these refugia are suggested. A comparison of mitotype diversity between northern and southern subgroups within the north-central group of populations (Group 2) showed much greater uniformity in the northern part of the range both within and between populations. This could indicate a northward migration of the species from a southern refugium in this region during the postglacial period, although alternative explanations cannot be ruled out. Two chlorotypes were distributed across the geographical range of the species, resulting in lower levels of among-population chlorotype variation. The geographical pattern of variation for all five chlorotypes provided some indication of the species surviving past glaciations in more than one refugium, although differentiation was much less marked, presumably due to the greater dispersal of cpDNA via pollen.