中国晚泥盆世两种木本石松植物的研究

木本石松植物在晚古生代植物群中一直引人注目，它们是最早在中、晚泥盆世发展乔木和异孢习性的陆生维管植物谱系之一。在这篇报告中，中国两种晚泥盆世（距今约354-370百万年）的木本石松植物被详细地研究了。这两项研究增进了我们对泥盆纪木本石松植物的进化发育生物学的认识。 作者从中国西北部新疆准噶尔盆地上泥盆统的地层中描述了一个新种新疆鳞孢穗Lepidostrobus xinjiangensis sp.nov.，它为我们研究晚泥盆世石松植物的生殖分化和系统发育关系提供了新的认识。这个孢子叶球不同于任何草本石松植物的生殖器官，而与木本石松植物的生殖器官更为相似，它符合鳞孢穗属Lepidostrobus的鉴别性状。它的每个孢子叶由一个楔形的叶柄和一个三角形的叶片构成。孢子叶水平地着生在穗轴上，呈低角度的螺旋排列。叶柄具有侧翼和一个远轴面的脊，其远端延伸为一个上翻的叶片和一个下翻的踵，形成了一种盾状的外貌。孢子囊呈辐向加长、背腹扁的卵球形，具有顶端的纵向开裂。每个孢子囊基部纵向着生在叶柄的近轴面上。在孢子囊中发现了一个柱状的亚孢原组织垫。一个可能的叶舌出现在叶柄近轴面靠孢子囊远端。这个生殖器官是一个小孢子叶球，含石松孢Lycospora型孢子，具有粒状纹饰和赤道凸缘。基于这个鳞孢穗新种，木本石松植物从泥盆纪到石炭纪以来的生殖分化和演化式样在一个系统发育的框架中被讨论了。作者提出，木本石松植物由两性孢子叶球和单孢子叶球所代表的生殖策略到了晚泥盆世已经发展得相当完备，这暗示着系统发育上生有鳞孢穗孢子叶球的木本石松植物比过去所认为得起源要早。 作者重新调查了一个过去描述于中国湖北晚泥盆世（弗拉斯期）黄家磴组地层中的斜方薄皮木Leptophloeum thombicum的树干，并提出关于这个木本石松植物生长结构的新观点。这个树干保存为压扁的硅化化石，具有不均匀渗矿化的初生维管组织和螺旋排列的斜方形叶座。叶座特征符合晚泥盆世广泛分布的植物斜方薄皮木Leptophloeum rhombicum Dawson的鉴别性状。分类上，斜方薄皮木被归入薄皮木科Leptophloeaceae和广义水韭目Isoetales s.l.。这个树干在不同水平的解剖特征证明，斜方薄皮木的个体发育可能符合一种有限的生长方式。结合过去的资料和当前的生长结构分析，作者提出斜方薄皮木具有假单轴分枝的习性，而不是过去所认为的那样长着等二叉分枝的树冠。作者重新复原了这个植物的总体生长形态，它由一个根座式根状茎、一个主干和侧枝三类主要的生长结构单元构成。当这些结果组合了近期的系统发育工作后，它表明斜方薄皮木已经发育了与一些晚泥盆世法门期和石炭纪木本石松植物相似的生长结构，可能代表了早期水韭目植物祖先的生长结构类型之一。

Multiscale analysis of factors that affect the distribution of sharks throughout the northern Gulf of Mexico

Identification of the spatial scale at which marine communities are organized is critical to proper management, yet this is particularly difficult to determine for highly migratory species like sharks. We used shark catch data collected during 2006–09 from fishery-independent bottom-longline surveys, as well as biotic and abiotic explanatory data to identify the factors that affect the distribution of coastal sharks at 2 spatial scales in the northern Gulf of Mexico. Centered principal component analyses (PCAs) were used to visualize the patterns that characterize shark distributions at small (Alabama and Mississippi coast) and large (northern Gulf of Mexico) spatial scales. Environmental data on temperature, salinity, dissolved oxygen (DO), depth, fish and crustacean biomass, and chlorophyll-a (chl-a) concentration were analyzed with normed PCAs at both spatial scales. The relationships between values of shark catch per unit of effort (CPUE) and environmental factors were then analyzed at each scale with co-inertia analysis (COIA). Results from COIA indicated that the degree of agreement between the structure of the environmental and shark data sets was relatively higher at the small spatial scale than at the large one. CPUE of Blacktip Shark (Carcharhinus limbatus) was related positively with crustacean biomass at both spatial scales. Similarly, CPUE of Atlantic Sharpnose Shark (Rhizoprionodon terraenovae) was related positively with chl-a concentration and negatively with DO at both spatial scales. Conversely, distribution of Blacknose Shark (C. acronotus) displayed a contrasting relationship with depth at the 2 scales considered. Our results indicate that the factors influencing the distribution of sharks in the northern Gulf of Mexico are species specific but generally transcend the spatial boundaries used in our analyses.

拟南芥有性生殖模式和叶片特性对大气CO2浓度变化的响应

预计到本世纪末，大气CO2浓度将会增加到540～970ppm，大气CO2浓度升高所引起的全球气候变化已经受到广泛的关注。植物生长依赖CO2，并且对大气CO2浓度升高在结构和生理上产生响应。目前已有大量报道，从生态系统、群落、种群、个体、器官、组织、生理以及生化等水平上研究高浓度CO2所对植物产生的影响。但是有关高浓度CO2对植物有性生殖影响的报道却很少，同时多数实验均建立在短期的生殖响应，忽视了植物在长期高CO2浓度下具有的反馈作用和CO2浓度变化对植物的驯化作用。植物有性生殖与其生态适应性和农作物籽粒产量的关系极为密切;同时，植物有性生殖特性的变化，也可作为预测植物对全球气候变化响应的重要指标之一。为此，利用高浓度CO2对植物进行长期选择实验将很有必要。研究结果将为预测未来大气CO2浓度增加的条件下陆地生态系统的演变趋势、全球变化对植物有性生殖响应的方式和机制提供新的思路和有效方法。 　　在本研究中，我们以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为实验材料，利用370和700ppm CO2对其进行连续8个世代处理，首先研究高浓度CO2对每一个世代的拟南芥有性生殖特性的影响，然后比较各个世代中各种生殖特性指标变化的规律，从细胞、组织和个体尺度上揭示拟南芥有性生殖对全球变化的响应模式。此外，在700ppm CO2处理下，我们对拟南芥叶片生理、生化以及结构的变化进行了相关研究。两部分研究结果及主要结论如下： 　　首先，在每一个世代中，与370ppm CO2相比较，700ppm CO2处理显著促进了拟南芥开花，缩短生长周期，增加花、角果及种子等生殖的产量，降低种子N含量，提高种子C/N比、种子千粒重以及生殖生物量所占总生物量的比例等，而对种子萌发率、角果所含种子数目以及角果长度则无显著影响。但是， 通过对相同CO2浓度处理条件下，不同世代之间的研究结果比较发现，不同世代之间相关的生殖生物学指标并无显著差异。 　　其次，高浓度CO2显著降低叶片气孔密度、气孔指数、气孔导度以及蒸腾速率。在高浓度CO2处理下，叶肉细胞中叶绿体数目、叶绿体宽度和表观面积、淀粉粒大小和数量、叶片和细胞壁厚度等都显著增加，但是基粒内囊体膜的数量却显著下降。叶片中碳水化合物如可溶性总糖、淀粉以及纤维素含量在高浓度CO2下分别显著增加71.9%、78.7% 和 22.3%。此外，在高浓度CO2处理下，叶片中多数激素如如吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)、赤霉素(gibberellin, GA)、玉米素核苷(zeatin riboside, ZR)、二氢玉米素核苷(dihydrozeatin riboside, DHZR)和异戊烯基腺苷(isopentenyl adenosine, iPA)均都显著地增加，而脱落酸(abscisic acid, ABA)含量却有所下降。最后，叶片中各种矿物质元素含量如N、P、K、Ca和Mg等含量在高浓度CO2处理下也都显著下降，而C/N比增加24.8％。 　　以上结果表明： 　　(1) 在每一个世代中，700ppm CO2处理对拟南芥各种有性生殖特性具有显著的影响，但是高浓度CO2处理对植物所引起的效应在多个世代以内并不能够传递给后代，所以在多个有性生殖世代内，高浓度CO2处理对植物生长、生殖没有驯化作用。 　　(2) 在高浓度CO2处理下，拟南芥叶片中叶绿体超微结构的变化，可能主要是由于叶绿体中淀粉粒数量和体积大小显著增加而引起。 　　(3) 在高浓度CO2处理下，由于拟南芥叶片内与促进细胞分裂与伸长的激素含量显著增加，从而对拟南芥植株生长发育速率的提高起了重要的作用。 　　(4) 拟南芥生长在高浓度CO2条件下，其叶片中各种矿质元素含量（如N、P、K、Ca和Mg）均显著降低，究其原因可能是，第一由于叶片中碳水化合物含量的显著增加而对矿物质元素具有稀释作用;第二由于蒸腾速率下降，引起矿质元素从根部随着蒸腾流运输到地上部分的含量相应减少。 　　

神农架巴山冷杉种子雨及种实特性研究

巴山冷杉主要分布于秦巴山地，是湖北神农架地区暗针叶林的建群种，构成了当地的优势群落，对神农架地区的植被景观具有决定意义。研究巴山冷杉的结实特性，种子雨时空格局，种子萌发能力和活力劣变过程，有利于进一步认识和分析这一物种的生活史特征，群落组成结构和更新动态。对这一重要物种的合理保护和有效利用具有促进作用。 在湖北神农架自然保护区选择巴山冷杉－箭竹、巴山冷杉－茵芋和巴山冷杉－陕甘花楸群落设置样地，通过布设种子收集器结合室内实验分析，对巴山冷杉种子雨的时空格局进行研究。待巴山冷杉球果成熟时，人工采集球果和种子，测量和比较巴山冷杉的结实特征，利用发芽实验研究巴山冷杉的萌发特性，并通过人工加速老化实验探讨巴山冷杉种子的劣变过程。 巴山冷杉种子雨始于10月初，持续超过2个月，不同类型的巴山冷杉种群表现出不同的种子雨时空格局。巴山冷杉－箭竹群落中巴山冷杉种子雨平均强度167.93±111.14粒/m2，有活力种子比例占22.31%，落种高峰期集中于10月27日到11月2日间，种子雨在种群中呈现聚集分布。巴山冷杉－茵芋群落种子雨强度在三个样地中最小，只有16.41±14.41粒/m2，有活力种子仅占3.05%。巴山冷杉－陕甘花楸群落，种子雨落种高峰为10月15日至10月21日，林冠内种子雨数量占到了收集总数的87.95%。扩散的种子数量与离开中心母树的距离间的关系近似正态分布。 对巴山冷杉的结实特性的分析结果表明，巴山冷杉球果近圆柱形，球果平均长5.37±0.75cm;平均宽3.01±0.32cm;重量介于5.9g～41.3g。巴山冷杉种子长1.08～8.68mm，种子宽1.16～6.42mm，种子厚0.66～3.48mm，种子千粒重7.30g。球果单果出种量在不同种群的频数分布格局不同，巴山冷杉球果和种子的各项指标在种群间和种群内存在显著差异。球果大小、出种量及单粒种子的质量间存在着极显著的正相关关系。此外，种子生活力水平在母树间差异较大，不同母树的种子发芽率和发芽势不等且随时间的萌发进程也不相同，相同种源的巴山冷杉种子在不同的培养条件下萌发能力不同，室温条件下具有最高的发芽率但在25℃，8h光照，恒温培养时的萌发最为整齐。 高温高湿条件能够加速巴山冷杉种子的老化进程，使巴山冷杉种子的含水量发生变化，种子的活力水平随着老化时间的延长而降低，40℃，100% 相对湿度处理6天后种子基本丧失活力。