独花兰和扇脉杓兰的传粉生态学

兰科植物精巧的花部结构及其独特的传粉机制为自然选择理论和异花受粉优势学说提供了强有力的证据。开展兰科植物的传粉生态学研究对进一步探讨植物进化中的一些关键问题（如生殖隔离、物种形成、适应和繁育系统进化等）具有重要意义。本文通过对独花兰 (Changnienia amoena) 和扇脉杓兰 (Cypripedium japonicum) 两种兰科植物进行植物与传粉者之间关系、种内形态变异、花粉散布等方面的研究，探讨其适应进化方式、传粉系统的进化趋势，同时为开发适用的分子标记，在独花兰中初步摸索和探讨了微卫星标记的分离。主要研究结果如下： 1. 濒危植物独花兰的传粉生态学 在神农架2个地点进行了连续2年的野外观测和实验。结果表明，独花兰是一种自交亲和、需要昆虫传粉的欺骗性植物。在2个地点独花兰的传粉者种类不同，在龙门河三条熊蜂 (Bombus (Diversobombus) trifasciatus) 是主要传粉者，在关门山仿熊蜂 (B. (Tricornibombus) imitator) 是唯一的传粉者。尽管它们出现的丰度和觅食行为不同，但其传粉行为和携粉部位非常相同，因此，可以看作是一个功能群（functional group）。从种群水平上看，开花个体的分布式样不是显著的偏斜曲线图，传粉者的有效访问主要集中在开花的前、中期。由于没有花蜜，传粉者在花内停留的时间很短，花粉块输出和传粉发生在熊蜂劳而无获的访问、退出花时。自然条件下，独花兰的结实率很低，只有6%-12%，并呈现明显的年份和地点变化。传粉者限制是结实率低的主要原因。与同亚族近缘种布袋兰相比，分布于中国中部的独花兰受冰期的影响很小，其传粉环境相对稳定，在进化历史中，形成了一种稳定的传粉系统。本研究结果纠正了前人对独花兰繁殖方式的错误认识，并为其保护策略的制订提供了重要资料。 2. 独花兰种群大小、传粉者访问和花粉流 为了检验独花兰种群大小、空间格局与传粉者访问之间的关系，连续2年对10个独花兰种群的花粉块输出和输入进行了统计分析，同时对花粉块进行标记研究其散布式样。结果显示，花粉块输出比例与种群大小之间关系在2003年呈显著负相关，但在2004年这种负相关关系不显著。尽管独花兰的空间分布格局在不同种群不同，但传粉者的访问除了在有蜂巢的种群为聚集式访问外，其余种群内均为随机访问式样。花粉块的散布式样呈尖峰态分布，多数花粉块散布很短的距离，少数散布较远。花粉块的平均散布距离在龙门河为7.3 m，在关门山为10.6 m。由于各种群之间相隔很远，种群之间花粉块交流受到限制，很少有种群外的花粉块输入。花粉块传递只在种群内近缘个体中进行，有可能导致种内遗传或形态分化。 3. 独花兰种内形态变异及其适应意义 对庐山、新宁和神农架3个地点15个独花兰自然种群的形态变异进行了研究，探讨了形态多样性水平和地理变异式样及其可能的适应机制。结果表明，在物种水平上独花兰形态性状存在丰富的变异。单因素方差分析显示3个地区间多个形态性状存在极显著差异（P<0.01），UPGMA聚类分析也表明这3个地区分别形成明显不同的分支，说明3个地区种群植物形态已经出现分化。在神农架地区，龙门河和关门山两个地点间出现明显的形态分化，而这两个地点的传粉者在形体大小表现出显著差异。适合度与形态性状之间的相关性分析显示，独花兰种内形态分化是以传粉者为媒介的自然选择作用的结果。移栽实验显示，本地传粉者对本地和移栽种群花的访问表现出一定的选择性。 4. 扇脉杓兰的传粉生态学研究 与独花兰同域分布、花期不遇的扇脉杓兰是杓兰属的一个特殊类群，具有典型“Japonicum”型唇瓣类型。对神农架6个种群连续两年野外观测和实验结果表明，扇脉杓兰是一种自交亲和、需要昆虫传粉的欺骗性植物。在种群水平上开花个体的分布式样呈显著的偏斜曲线图，在短时间内迅速到达盛花期。扇脉杓兰的传粉者是三种熊蜂，其访问频次很低，访问时间很短，有效访问主要集中在开花的前、中期。自然结实率只有4.3％－8.5％，人工授粉实验证明，传粉者限制是结实率低的主要原因，且传粉者限制程度在花期不同阶段和不同地点存在差异。对欺骗性植物聚集生长、开花有利于吸引传粉者这一假说进行检验，结果显示，克隆群丛大小与传粉者有效访问（花粉块输出比例）呈弱负相关关系。聚集生长的结实率与分散生长的没有显著差异，说明繁殖成功与开花个体的密度无关。扇脉杓兰的花粉集结为未蜡质化的花粉块，是杓兰属中粘质花粉和蜡质花粉块的中间进化类型。传粉生态学和形态学证据显示C. acaule和扇脉杓兰是东亚-北美间断分布的姐妹种对。 5. 独花兰微卫星位点的分离 为了深入研究独花兰种群的基因流和交配系统，用Dynabeads和选择性杂交法分离微卫星位点、筛选引物。首先将基因组DNA用合适的内切酶消化为400-1000 bp大小的片段，然后用生物素标记的简单重复寡核苷酸序列做探针与其杂交，杂交复合物用抗生链霉素蛋白包裹的磁珠吸附，经过一系列洗脱、沉淀，得到富含重复片段的DNA，然后在进行克隆、测序，利用SSR两侧翼区设计引物，经过多态性分析可得到微卫星标记。结果显示，35个克隆序列中18个（51.4％）含有重复片段（SSRs），说明用Dynabeads富集效率明显高于传统方法。到目前为止所得引物共4对。这一实验方法的探索为以后分离杓兰属等兰科植物微卫星位点、进而进行群体遗传学研究奠定了一定的基础。

旌节花科的分类和系统学研究

旌节花科是东亚特有科，仅有旌节花属1属。本文研究了该科植物的生活习性、外部形态、花粉形态和外壁超微结构以及花器官发生，并根据多个DNA区段的序列探讨了科的系统位置和属下关系。在此基础上，综合各方面的证据，对旌节花科进行了全面的分类学修订，完善了该科的分类系统。主要内容包括： 　　1、习性和外部形态学 　　结合室内标本和野外考察，对旌节花科植物的生活习性、叶、花序、花和果实各个性状的变异式样、变异幅度、变异规律及其相关性进行了深入研究，并讨论了它们的分类学价值。结果表明：叶片形状、叶缘齿、花序下的叶片是否宿存以及花序是否具花序梗等性状在种间变异非常大，单个性状对旌节花属属下分类意义不大;而叶片毛被、脉序和结构，花序长度，花的大小和颜色以及果实大小等性状通常较稳定，可作为旌节花属划分种和变种的重要依据。 　　2、花粉形态学和外壁超微结构 　　在透射电镜下研究了旌节花属5个代表种和1个外类群（Crossosoma californicum）的花粉外壁超微结构，并在扫描电镜下研究了外类群Crossosomataceae 1个代表种（Crossosoma californicum）的花粉形态学特征，结合前人的研究，探讨了上述性状的分类学意义。结果表明：旌节花属植物花粉形态的共同特征是：花粉粒球形或近球形，三孔沟;外壁具穴状纹饰，穴较细小;外壁内壁分层明显，容易区分（柳叶旌节花除外），覆盖层光滑，几无附属物，柱状层明显，穿孔较少，不形成半覆盖层。各种植物花粉外壁超微结构的特征在旌节花属两个组中较一致，但其差异可作为探讨属下种的分类和系统学关系的依据。此外，对旌节花科和Crossosomataceae花粉表面纹饰和外壁超微结构的研究结果提示：这两个科与省沽油科和山茶科厚皮香亚科有较近缘的关系，而不支持这两个科的姐妹群关系。 　　3、花器官发生 　　首次对旌节花属常绿组和落叶组共2个代表种的花器官发生进行了研究，结果表明：该科植物花为功能性单性花，雌雄异株，花发育过程长达10个月，其中2-3个月是冬季休眠期。在花发育早期，雄花和雌花的发育没有差异，花性别的分化发生在花发育后期，即每年春天花开前后的2-3天，雌花中雌蕊的子房开始膨大，柱头伸长，胚珠多数，能育，而雄蕊逐渐干瘪收缩直至最后花粉不育;此时雄花的雄蕊发育良好，花丝粗壮发达，花药饱满，花粉能育，而雌蕊发育逐渐停滞直至败育。花器官发生方式为向心式，发生顺序为：苞片—外轮萼片—内轮萼片—花瓣—外轮雄蕊—内轮雄蕊—雌蕊。花萼4枚，两轮，交互对生，花瓣和雄蕊均4枚一轮几乎同时发生，花瓣覆瓦状排列。旌节花属常绿组和落叶组植物的花器官发生发育过程没有差别。 　　4、基于多个DNA区段序列的系统发育分析 　　首次选取进化速率较快的5个DNA区段：核核糖体ITS区和叶绿体rps16, ndhF，trnL-F及trnS-G-G区段，对旌节花属分别代表常绿组和落叶组的10种2变种及外类群Crossosomataceae和省沽油科3种植物的相关序列进行测定，并将上述序列合并构建系统树。研究结果表明：旌节花科作为一个单系群得到很好的支持。旌节花属落叶组和常绿组的划分在基于ITS、叶绿体4个区段单独分析及联合分析得到的系统树中没有得到支持，表现在该联合分析得到的树的两个分支与该属植物的习性和外部形态特征无关，而与它们的地理分布密切相关：其中一支主要分布在东亚的偏北部，另一支主要分布在东亚的南部地区，常绿和落叶的种类则混合在这两支中。此外，分子序列分析的结果对该属植物的分类、系统关系、起源和该科的系统位置均有重要意义。系统树显示出分布于台湾的S. sigeyosii与分布于日本的早春旌节花聚成稳定的一支，说明前者与后者，而不是与西域旌节花关系密切。叶绿体基因树与核基因树存在冲突，表明该属经历过网状进化。推测变种披针叶旌节花与云南旌节花可能是杂交起源。根据叶绿体rbcL序列得出的系统树显示旌节花科与产北美的Crossosomataceae的姊妹群关系支持率低于50%。基于最大似然树，运用罚分似然法推算出这两个科分化时间为68.25 ± 10.36 MYA，这两者共同与省沽油科近缘。 　　5、分类学研究 　　综合上述研究结果，对旌节花属进行了分类学修订。属下不设立组;确认该属植物有6种6变种，其中中国特有种3个，变种3个。5种5变种被作为新异名，新组合3个，其中2个改级新组合。对西域旌节花、云南旌节花和滇缅旌节花等进行了模式指定。本文还给出了分种和变种检索表、各类群的形态学描述、地理分布图、标本引证和讨论等。 　　

葛属(豆科)的分类学修订

本论文对葛属（Pueraria DC.）进行了形态学、解剖学及植物地理学研究，重点分析了小叶、托叶、花序及花的形态变异规律。首次发现葛属生长习性和种皮纹饰特征在组的划分上具有重要的分类学意义，支持前人运用托叶着生方式、花序类型及每节簇生花的数目等特征划分组的观点。首次在光学显微镜下对葛属植物14种1变种叶表皮性状做了较为全面、深入的观察，发现葛属叶表皮细胞的形状、垂周壁的式样以及气孔大小有一定分类学意义，为葛属的分类修订提供了新资料。首次应用电子扫描显微镜观察了葛属10种1变种和2个外类群广西土黄芪Nogra guangxiensis C. F. Wei和琼豆Teyleria koordersii (Backer ex Koord.-Schum.) Backer的种皮纹饰特征，发现葛属的种皮纹饰有网纹型、断棱型、复网纹型和锐棱型等4种类型，他们与托叶的着生方式具有一定的关联性。托叶背着的类群为网纹型，其中采自中国和越南不同居群的山野葛Pueraria montana (Lour.) Merr.种皮次级纹饰有差别，这显示山野葛分化比较活跃。托叶基着的三裂叶野葛P. phaseoloides (Roxb.) Benth.、大花三裂叶野葛P. phaseoloides (Roxb.) Benth. var. javanica (Benth.) Baker、苦葛P. peduncularis (Graham ex Benth.) Benth.以及云南野葛P. yunnanensis Franch.的种皮纹饰为断棱形，小花野葛P. stricta Kurz种皮纹饰为复网纹型，喜玛拉雅葛藤P. wallichii DC.种皮纹饰为锐棱型。依据种皮纹饰推断，喜玛拉雅葛藤最原始，黄毛葛藤P. calycina Franch.最进化，与形态学特征演化方向相吻合。广西土黄芪种皮纹饰为网纹型，琼豆种皮纹饰为复网纹型，表明它们与葛属亲缘关系较近。这与形态学和分子证据相吻合。本文首次运用广义线形模型（GLM）结合地理信息系统（GIS）对葛属现有地理分布、潜在分布及50年后潜在分布进行了分析。所预测的潜在分布范围与观察到的地理分布范围一致，说明对特化的气候忍耐性是限制葛属物种地理分布的主要因素。温度、降水和海拔高度对葛属地理分布限制作用比较大。未来潜在分布预测显示葛属有向南、北扩散的趋势。 作者在研究了四千余份腊叶标本及野外形态考察的基础上，结合叶表皮及种皮纹饰资料，确认葛属分为3组，共19种3变种。其中，对Sect. Breviramulae Maesen ex Z. F. Le & X. Y. Zhu进行了合格发表，运用形态学、解剖学及种皮纹饰资料恢复了云南野葛种的地位，并为其指定了后选模式，P. pulcherrima (Koord.-Schum.) Merr. ex Koord.-Schum.正确的学名为P. sericans Schum.，对4个名称进行了归并。本文还给出了组和种的检索表、葛属各个种的形态描述、地理分布图及模式标本照片。

四川黄龙沟兰科植物多样性及影响繁殖成功的生态因子

植物生态学特性诸如植物的分布特征、与生境的关系、生物学特性、繁殖成功特点及其影响因素等方面的详细资料是研究珍稀植物种群结构和动态以及开展保育生物学研究的基础。 黄龙沟草本植物群落具有较为丰富的植物种类。在所调查样方中(N=662)共有维管植物124种，分属于37科91属，有54个中国特有种。其中兰科植物多达21属33种，中国特有种有12个，新种一个。如此众多的地生兰科植物聚集在面积不到1平方千米的沟内，而且部分兰科植物种类在沟内形成优势草本群落，这在中国地生兰的分布区域中是不多见的。大多数物种，包括兰科植物在内，出现的频率都较小，并且分布不均匀。种间关联分析和相关分析表明黄龙沟优势兰科植物可以分为两组。一组包括无苞杓兰、黄花杓兰、二叶根茎兰、广布小碟兰、少花鹤顶兰和西藏杓兰，主要分布在光线充足但又具有一定遮阴条件的环境中;另一组包括筒距兰、沼兰、珊瑚兰、小斑叶兰、布袋兰、小花舌唇兰和小叶对叶兰，它们主要分布于荫蔽的环境中。这些兰科植物在组内大多呈现显著的正相关关系，组间大多呈现显著的负相关关系，说明黄龙沟兰科植物在资源利用方式上可能产生了分化。 黄龙沟兰科植物主要分布在两种生境中，即钙化滩流地和一小片森林中。在这两种生境中微环境条件以及兰科植物的种类组成、数量特征和分布格局的差异都很大。钙化滩流地的兰科植物种类数目和每个样方中包含的兰科植物种类数目都比森林生境中的高。钙化滩流地中发现有30种兰科植物，六种最为常见的是无苞杓兰、黄花杓兰、西藏杓兰、广布小碟兰、二叶根茎兰和少花鹤顶兰，它们的密度与树木盖度呈负相关关系。森林生境中有21种兰科植物分布，其中筒距兰和斑叶兰出现最多，其密度与树木盖度呈正相关关系。光照强度可能对兰科植物的分布起到重要的决定作用。兰科植物彼此之间对繁殖成功以及植株间建立的相互促进作用以及土壤中高的钙含量很可能是形成黄龙沟兰科植物多样性的重要原因，而钙化滩流地中的溪流对建立和维持兰科植物生存所必须的稳定环境条件起到至关重要的作用，如果随意改变水流的方向或减少水流的流量，将给某些兰科植物带来灾难性的后果。 黄龙沟钙化滩流地中斑块的大小对物种数（含兰科植物）具有强烈的影响，即斑块越大，所包含的物种数量越多。物种-面积关系符合幂函数方程S=cAZ的规律。中等尺度的斑块(1-10 m2)包含的物种数（含兰科植物）的增长速度最快，而在斑块面积大于10 m2时，物种数增长速度最小。 少花鹤顶兰是多年生、多次结实的具有克隆能力的地生兰科植物，是中国特有种。黄龙沟少花鹤顶兰每个花序的平均花朵数为3(1-7)朵。叶和花的形态指标在年季间无显著变异。2005-2007年3年间的开花物候没有明显的差异，花期始于6月中旬，于7月底至8月初结束，持续约6-7周，80-90%的花在7月初的开花高峰期开放，属花集中开放模式。花寿命与是否授粉密切相关，成功授粉的花寿命比没有授粉的花寿命短。少花鹤顶兰是自交亲和的，但其结实完全依赖于两种熊蜂的传粉，不存在自动自花授粉和无融合生殖现象。柱头可授性和花粉活力可维持15天左右。繁殖成功率年季间的变化很大，并表现出逐年下降的趋势，花粉移走率为18-51%，自然结实率为10-36%。繁殖成功与开花物候之间的关系不显著，但与某一特定时刻的开花数量（密度）有关。生境对少花鹤顶兰的形态和繁殖成功率有显著的影响。在荫蔽生境中的个体比开阔地中的个体大，但繁殖成功率却低于开阔地的。花序密度（丛的大小）对少花鹤顶兰繁殖成功的影响比较复杂，不同大小的丛，对花粉移走率的影响格局和方式不同，而对结实率几乎没有影响。花序大小对繁殖成功率没有显著的影响。花位置对繁殖成功的影响在不同大小的丛中具有不同的格局，在最小的丛中，花位置对雄性和雌性繁殖成功的影响都很显著，但在最大丛中都不显著。边缘效应对少花鹤顶兰和广布小碟兰的繁殖成功有显著的影响，花粉移走率和结实率均随离栈道的距离增加而增加。在离栈道10米以内的植株受到的影响最为严重。这种影响可能是由边缘效应和在栈道上的游客共同作用下，对传粉者产生了干扰，导致传粉者的行为改变所引起的。如果这种边缘效应是一个普遍现象的话，那么在进行自然保护区设计时，应该对这种效应加以重视。

东亚—北美间断分布类群的分子生物地理学研究—以莲科和菖蒲科为例

在洲际间断生物地理学研究中，东亚—北美间断分布类群的分子生物地理学研究一直是关注和研究的热点。在本论文中我们选取了水生和半水生的植物代表类群，莲科（Nelumbonaceae）和菖蒲科（Acoraceae）作为研究对象，通过来自叶绿体、线粒体和核基因组的DNA 序列分析和微卫星分析，一方面探讨莲科的系统位置、揭示其间断地理格局的形成过程、重建菖蒲科的系统发育及其地理格局的形成过程的同时，另一方面，在总结前人研究成果的基础上，总结东亚—北美间断分布的基本特点。主要成果总结如下。 1. 菖蒲科的系统发育和分子生物地理学 菖蒲科仅含一属，菖蒲属（Acorus），共5 种。其中北美菖蒲（A. americanus） 分布于北美，其余4 种（A. calamus, A. gramineus, A. tatarinowii and A. rumphianus） 分布于亚洲的东部和南部。北美菖蒲和菖蒲（A. calamus）叶片中间具有明显的中肋；其余3 种不具有明显的中肋。本论文的19 份材料包含了4 个种，（不含较狭域分布的长苞菖蒲A. rumphianus），利用4 个叶绿体基因片段（trnL-F, psbA-trnH, rps16-trnK, rbcL）和1 个核基因片段（ITS）的序列重建菖蒲属的系统发育。结果表明（1）具有中肋和不具中肋的物种各自聚为一支；（2）具有中肋的菖蒲和北美菖蒲亲缘关系最近，构成东亚—北美间断种对关系；（3）在不具有中肋的一支内部，来自台湾的材料与其它材料差异最大，其余的材料也明显的分为了两类。基于rbcL 序列，使用松散分子钟模型、贝叶斯算法估算菖蒲属起源时间约为135.17 百万年（mya），菖蒲和北美菖蒲的间断分歧时间约为3.72mya。该结果支持菖蒲属为古老的单子叶植物，但东亚—北美间断物种分化时间较年轻。我们推测间断的种对可能通过白令陆桥，从东亚扩散到了北美。 2. 莲科的系统位置和分子生物地理学 莲科仅含一属，莲属（Nelumbo），两个种莲（N. nucifera）和美洲黄莲（N. lutea），间断分布于东亚、澳大利亚北部和北美东部。莲科的系统位置在形态和分子证据不一致。本论文使用了核基因18S rDNA、26S rDNA，叶绿体基因atpB、rbcL，线粒体基因NAD1 的序列重新构建莲科的系统位置并进行了分化时间推算。结果为：（1）叶绿体和核基因构建的严格一致树的拓扑结构不一致，叶绿体数据支持莲科和山龙眼科、悬铃木科具有较近的亲缘关系，核基因数据显示莲科位于真双子叶植物的基部；（2）5 个基因片段的合并分析结果显示，莲科与山龙眼科、悬铃木科聚为一支但支持率不高；（3）基于核基因、叶绿体和5 个基因的分别合并数据，使用松散分子钟模型、贝叶斯算法估算莲科起源时间分别为，113.13 、109.38 和110.35mya ，两个间断物种的分化时间为，3.77、4.34、5.85mya；（4）根据间断的时间和两个物种的遗传差异程度，现存的两个物种应是来自于东亚或北美的冰期残遗，而不是来自于两个大陆祖先种的独立进化后裔。 3. 莲的分子谱系地理学研究 我们采集了37 份莲的材料，10 份美洲黄莲的材料，代表了两者的主要分布区。我们选取了叶绿体基因（trnL-trnF, trnS-trnG, petB-petD 和psbA-trnH），线粒体基因COX1，以及11 个微卫星位点进行莲的分子谱系地理研究。DNA 序列显示莲和美洲黄莲均具有很低的遗传多样性；微卫星数据揭示了稍高于DNA 序列的遗传多样性。两物种相比，美洲黄莲的多样性较高。基于微卫星数据的遗传结构分析表明，莲存在明显的3 个地理分化区域，这三个区域的遗传分化显著（FST=0.542），说明莲远距离群体间基因交流有限。基于DNA 序列和微卫星数据的单倍型地理分布关系，我们推测东南亚地区是莲的避难所或冰期残遗区，冰期后群体分别向西和向北扩张。 4. 东亚—北美间断分布的一般特点 （1）东亚—北美东部间断分歧时间范围较长，从始新世中期甚至更早一直持续到1mya 左右；东亚—北美西部间断类群分化时间跨度相对小，集中在中新世时期；东亚—整个北美间断分化时间与东亚—北美东部间断类群一样经历较长时间；草本类群晚于木本类群形成间断分布式样，洲际间断分化时间与类群的起源时间并无相关性。（2）东亚与北美间断分布类群的起源地因类群而异。（3） 东亚与北美间断分布类群扩散方向呈不确定性。（4）东亚与北美间断类群扩散有三条可能的路径，即大西洋陆桥、白令陆桥和南半球跨洋长距离传播。

Increased toxicity of Karenia brevis during phosphate limited growth: ecological and evolutionary implications

Karenia brevis is the dominant toxic red tide algal species in the Gulf of Mexico. It produces potent neurotoxins (brevetoxins [PbTxs]), which negatively impact human and animal health, local economies, and ecosystem function. Field measurements have shown that cellular brevetoxin contents vary from 1–68 pg/cell but the source of this variability is uncertain. Increases in cellular toxicity caused by nutrient-limitation and inter-strain differences have been observed in many algal species. This study examined the effect of P-limitation of growth rate on cellular toxin concentrations in five Karenia brevis strains from different geographic locations. Phosphorous was selected because of evidence for regional P-limitation of algal growth in the Gulf of Mexico. Depending on the isolate, P-limited cells had 2.3- to 7.3-fold higher PbTx per cell than P-replete cells. The percent of cellular carbon associated with brevetoxins (%C-PbTx) was ~ 0.7 to 2.1% in P-replete cells, but increased to 1.6–5% under P-limitation. Because PbTxs are potent anti-grazing compounds, this increased investment in PbTxs should enhance cellular survival during periods of nutrient-limited growth. The %C-PbTx was inversely related to the specific growth rate in both the nutrient-replete and P-limited cultures of all strains. This inverse relationship is consistent with an evolutionary tradeoff between carbon investment in PbTxs and other grazing defenses, and C investment in growth and reproduction. In aquatic environments where nutrient supply and grazing pressure often vary on different temporal and spatial scales, this tradeoff would be selectively advantageous as it would result in increased net population growth rates. The variation in PbTx/cell values observed in this study can account for the range of values observed in the field, including the highest values, which are not observed under N-limitation. These results suggest P-limitation is an important factor regulating cellular toxicity and adverse impacts during at least some K. brevis blooms.

Skin lesions on common bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) from three sites in the Northwest Atlantic, USA

Skin disease occurs frequently in many cetacean species across the globe; methods to categorize lesions have relied on photo-identification (photo-id), stranding, and bycatch data. The current study used photo-id data from four sampling months during 2009 to estimate skin lesion prevalence and type occurring on bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) from three sites along the southeast United States coast [Sarasota Bay, FL (SSB); near Brunswick and Sapelo Island, GA (BSG); and near Charleston, SC (CHS)]. The prevalence of lesions was highest among BSG dolphins (P=0.587) and lowest in SSB (P=0.380), and the overall prevalence was significantly different among all sites (p<0.0167). Logistic regression modeling revealed a significant reduction in the odds of lesion occurrence for increasing water temperatures (OR=0.92; 95%CI:0.906-0.938) and a significantly increased odds of lesion occurrence for BSG dolphins (OR=1.39; 95%CI:1.203-1.614). Approximately one-third of the lesioned dolphins from each site presented with multiple types, and population differences in lesion type occurrence were observed (p<0.05). Lesions on stranded dolphins were sampled to determine the etiology of different lesion types, which included three visually distinct samples positive for herpesvirus. Although generally considered non-fatal, skin disease may be indicative of animal health or exposure to anthropogenic or environmental threats, and photo-id data provide an efficient and cost-effective approach to document the occurrence of skin lesions in free-ranging populations.

玉米原生质体培养、超低温保存和组织培养的研究

本文叙述了两个玉米基因型（小八趟×水白和白17）原生质体培养的植株再生;用基因型（小八趟×水白）为材料研究影响玉米原生质体培养的各种因素，并此基因型的原生质体经超低温保存后获得植株再生;以及用多种基因型玉米幼胚为材料诱导愈伤组织与植株再生。 影响玉米原生质体游离、分裂与植株再生的因素是多方面的。酶液组合0.2% Onozuka RS + 1% Hemicellulase + 0.1% Pectolyase，利用继代8-16天的愈伤组织，所获原生质体的数量与质量最佳。在原生质体植板率方面，结果表明：N6作为基本培养基是理想的;氮源中，NO3-具有明显的促进作用，而NH4+具有明显的抑制作用;有机氮源是不能缺少的，所使用的四种有机氮源中L-脯氨酸效果最明显。2,4-D浓度以1.0 mg/l最佳。原生质体培养后的渗透压浓度降低的时间以培养四星期后为宜。利用三步诱导，成功地获得胚胎发生的植株再生，并且还指出原生质体起始材料的保存年限大大影响原生质体所再生愈伤组织的分化。 采用上述筛选出的最佳游离、培养以及植株再生的方法，成功地培养了基因型（白17）的原生质体，并获得植株再生。原生质体再生细胞培养4-5天后开始一次分裂;培养15天后，植板率为3-4%。一个月后，原生质体所再生的肉眼可见的愈伤组织，分步转至分化培养基。最后，愈伤组织通过胚胎发生获得植株再生，频率约10%。 玉米原生质体，利用5%DMSO与0.55 M葡萄糖作为混合保护剂，经慢速（1 ℃/分钟）降至－40 ℃，停留二小时后直接投入液氮保存。保存3天后，原生质体在40 ℃的温水浴中快速化冻，成活率高达30-40%。成活原生质体培养后生长正常，植板率高达8-10%。培养5-6星期后，再生愈伤组织转至分化培养基;最后获得植株再生，频率为5-10%。 本文最后叙述了玉米七种基因型的幼胚诱导获得愈伤组织，再生植株频率可达70-80%。 上述各方面的研究结果，对玉米的遗传操作和细胞抗寒性研究、生理代谢的研究等都是十分有价值的。

Concurrent exposure of bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) to multiple algal toxins in Sarasota Bay, Florida, USA

Sentinel species such as bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) can be impacted by large-scale mortality events due to exposure to marine algal toxins. In the Sarasota Bay region (Gulf of Mexico, Florida, USA), the bottlenose dolphin population is frequently exposed to harmful algal blooms (HABs) of Karenia brevis and the neurotoxic brevetoxins (PbTx; BTX) produced by this dinoflagellate. Live dolphins sampled during capture-release health assessments performed in this region tested positive for two HAB toxins; brevetoxin and domoic acid (DA). Over a ten-year study period (2000–2009) we have determined that bottlenose dolphins are exposed to brevetoxin and/or DA on a nearly annual basis (i.e., DA: 2004, 2005, 2006, 2008, 2009; brevetoxin: 2000, 2004, 2005, 2008, 2009) with 36% of all animals testing positive for brevetoxin (n = 118) and 53% positive for DA (n = 83) with several individuals (14%) testing positive for both neurotoxins in at least one tissue/fluid. To date there have been no previously published reports of DA in southwestern Florida marine mammals, however the May 2008 health assessment coincided with a Pseudo-nitzschia pseudodelicatissima bloom that was the likely source of DA observed in seawater and live dolphin samples. Concurrently, both DA and brevetoxin were observed in common prey fish. Although no Pseudo-nitzschia bloom was identified the following year, DA was identified in seawater, fish, sediment, snails, and dolphins. DA concentrations in feces were positively correlated with hematologic parameters including an increase in total white blood cell (p = 0.001) and eosinophil (p<0.001) counts. Our findings demonstrate that dolphins within Sarasota Bay are commonly exposed to two algal toxins, and provide the impetus to further explore the potential long-term impacts on bottlenose dolphin health.

Threatened corals provide underexplored microbial habitats

Contemporary in-depth sequencing of environmental samples has provided novel insights into microbial community structures, revealing that their diversity had been previously underestimated. Communities in marine environments are commonly composed of a few dominant taxa and a high number of taxonomically diverse, low-abundance organisms. However, studying the roles and genomic information of these “rare” organisms remains challenging, because little is known about their ecological niches and the environmental conditions to which they respond. Given the current threat to coral reef ecosystems, we investigated the potential of corals to provide highly specialized habitats for bacterial taxa including those that are rarely detected or absent in surrounding reef waters. The analysis of more than 350,000 small subunit ribosomal RNA (16S rRNA) sequence tags and almost 2,000 nearly full-length 16S rRNA gene sequences revealed that rare seawater biosphere members are highly abundant or even dominant in diverse Caribbean corals. Closely related corals (in the same genus/family) harbored similar bacterial communities. At higher taxonomic levels, however, the similarities of these communities did not correlate with the phylogenetic relationships among corals, opening novel questions about the evolutionary stability of coral-microbial associations. Large proportions of OTUs (28.7–49.1%) were unique to the coral species of origin. Analysis of the most dominant ribotypes suggests that many uncovered bacterial taxa exist in coral habitats and await future exploration. Our results indicate that coral species, and by extension other animal hosts, act as specialized habitats of otherwise rare microbes in marine ecosystems. Here, deep sequencing provided insights into coral microbiota at an unparalleled resolution and revealed that corals harbor many bacterial taxa previously not known. Given that two of the coral species investigated are listed as threatened under the U.S. Endangered Species Act, our results add an important microbial diversity-based perspective to the significance of conserving coral reefs.

苦苣苔科比较胚胎学和花粉形态学研究及其系统学意义

本文对苦苣苔科的3族8属10种植物进行了比较胚胎学研究，得出该科植物的基本胚胎学特征是： 花药具4个小孢子囊，当花药达到成熟期时，每—侧的两个小孢子囊由于隔壁的消失而连通。药壁由1层表皮，1层药室内壁，12层中层和1层绒毡层组成。花药壁的发育属双子叶类型，表皮细胞宿存，药室内壁在小孢子母细胞分裂成四分体后即开始纤维状加厚，到花药发育至成熟时期，药室内壁径向延长并由内切向壁向外和向上发生带状的加厚，但在同侧的两个小孢子囊的连接处并不发生纤维状加厚，以利于花药的开裂。中层细胞在小孢子母细胞分裂前即受到挤压，到发育后期被挤扁，．在成熟花药壁上只残留—些痕迹。有些种类中层细胞不退化，与药室内壁一样纤维状加厚。绒毡层初时为单核，在小孢子母细胞终变期分裂成双核，而当单核小孢子形成后，绒毡层细胞的两核可融合成单核，随后便解体。绒毡层为分泌型，在四分体分离成小孢子以后向药室内分泌乌氏体。在小孢子母细胞分裂前，细胞周围有大量的胼胝质出现。胞质纷裂为同时型。具四面体型的四分体。散粉时花粉具二细胞。 胚珠倒生，单珠被，薄珠心，珠被内无维管组织。珠心表皮下的—层细胞发育成为孢原细胞并直接起大孢子母细胞的功能，其胞质分裂伴随着减数分裂形成—直列式四分体。四分体珠孔端三个大孢子受挤压退化，合点端的功能大孢子进—步发育，经三次分裂形成蓼型胚囊。成熟胚囊的珠孔端部分圆形，合点端细长，如容量瓶状。胚囊内具—个由两个助细胞和—个卵细胞组成的卵器、两个极核和三个反足细胞。助细胞在花粉管通过珠孔进入胚囊后退化。极核在受精前不久融合，反足细胞形成后不久便退化。珠孔端的珠心细胞在功能大孢子发育后被挤压退化，也有的种类突出珠孔形成珠心喙，而合点端部分珠被最内的—层细胞则进—步发育，细胞质变浓，核体积增大，围绕胚囊的合点端细长部形成珠被绒毡层，此结构由胚囊形成到种子成熟—直存在，其中有丰富的内含物。 珠孔受精。胚乳发育为细胞型，种子成熟时几乎完全被胚吸收。合点端发育出具2核单胞的侵入性吸器，直达表皮。珠孔端吸器具2细胞。两种吸器的形态因种属不同而有很大差异。胚胎发生属柳叶菜型。 比较和分析表明，苦苣苔科的胚胎学特征与玄参科（Scrophujariaccae)、列当科（Orobanchaceae）和爵床科(Acanthaceae)较为相似，反映出这几个科在系统关系上比较接近。苦苣苔科族级分类群之间的胚胎学特征有一定的差异，但族内各属种的胚胎学特征差异较小，发育类型尤其是早期的形成过程非常相似。本文研究涉及的分类群在花药壁层的结构、反足细胞退化和极核融合韵时期、胚形成与胚乳发育的相对时间、吸器的有无及其形态等方面有所不同。 本文同时对苦苣苔科3族23属72种花粉，其中包括长蒴苣苔族(Trib. Didymocarpeae)16属56种、芒毛苣苔族(Trib. Trichosporeae)4属12种及尖舌苣苔族( Trib. Klugieae)3属4种，进行了扫描电镜观察。对族下各属种的形态特征作了详细的描述，每种花粉从极面观、赤道面观及局部放大三个侧面照相记录。以族为基本类群,对其中的各属的花粉形态结合系统学特征进行了讨论。 由此研究得出苦苣苔科植物花粉的基本特征是：所有研究属种的花粉均具三拟孔沟，拟孔极不明显。形状为近扁球形、圆球形、近长球形和长球形，极面观圆形、近圆形、近三角形和三裂圆形，赤道面观为圆形、近圆形、椭圆形和长圆形，不同材料各有差异，但在属内水平上基本—致。各属植物在花粉沟的形态和表面纹饰上有一定的区别。 在长蒴苣苔族中，本文对雇柱苣苔属(Chirita Buch．-Ham．ex D．Don)花粉进行了着重研究。结果表明：唇柱苣苔属在组内各种的花粉形态具有明显的相似性，但在组之间则有较大的差异。对本族其它各属的研究结果则充分表明各属花粉的形态特征有明显差别，可以从花粉形状、大小、沟的构造、沟膜的特点及表面纹饰等方面加以区分 在芒毛苣苔族中，紫花苣苔(Loxostigma griffithii)花粉沟膜表面残留着网状的覆盖层( tectum)，这种覆盖层可能代表—种较原始的性状。．在芒毛苣苔属’( Aeschynanthu8)中，花冠的檐部通常呈现不明显二唇形的显苞芒毛苣苔组(Sect．Haplotrichum)和大花芒毛苣苔组(Sect. Diplotrichum)的花粉粒较小，而花冠的檐部明显二属形的黄杨叶芒毛苣苔组(Sect. hlicrotrichium)、小齿芒毛苣苔组(Sect. Xanthanthos)以及全尊芒毛苣苔组(Sect．Aeschynanthus)的花粉粒较大。因此，花冠檐部的结构与花粉粒的大小表现出—定的相关性．在尖舌苣苔族中，异叶苣苔属( Whytokia)和尖舌苣苔属(Rhynchoglossum)的花粉沟较短，后者和十字苣苔属( Stauranthera)的沟膜表面具有密集或稀疏的颗粒状突起。河口异叶苣苔( Whytokia hekouensis)花粉沟的分化不明显，其沟膜上残留着网状的覆盖层可能代表着—种较原始的性状。具聚伞花序的盾座苣苔属( Epithema)和圆果苣苔属( Gyrogyne)，其花粉沟界极区及其沟间区呈皱波状(apocolpia and mesocolpia rugulate)，代表另一种演化方向。根据本文研究结果，并参考国内外有关报道，分别提出了芒毛苣苔族和尖舌苣苔族的以花粉特征为依据的分属检索表。

Coral health and disease in the Pacific: vision for action

Shallow coral reefs in the IndoPacific contain the highest diversity of marine organisms in the world, with approximately 1500 described species of fish, over 500 species of scleractinian corals, and an estimated 1-10 million organisms yet to be characterized (Reaka-Kudla et al. 1994). These centers of marine biodiversity are facing significant, multiple threats to reef community and habitat structure and function, resulting in local to wide-scale regional damage. Wilkinson (2004) characterized the major pressures as including (1) global climate change, (2) diseases, plagues and invasive species, (3) direct human pressures, (4) poor governance and lack of political will, and (5) international action or inaction. Signs that the natural plasticity of reef ecosystems has been exceeded in many areas from the effects of environmental (e.g., global climate change) and anthropogenic (e.g., land use, pollution) stressors is evidenced by the loss of 20% of the world’s coral reefs (Wilkinson 2004). Predictions are that another 24% (Wilkinson 2006) are under imminent risk of collapse and an additional 26% are under a longer term threat from reduced fitness, disease outbreaks, and increased mortality. These predictions indicate that the current list of approximately 30-40 fatal diseases impacting corals will expand as will the frequency and extent of “coral bleaching” (Waddell 2005; Wilkinson 2004). Disease and corallivore outbreaks, in combination with multiple, concomitant human disturbances are compromising corals and coral reef communities to the point where their ability to rebound from natural disturbances is being lost.

Ciguatera Fish Poisoning: treatment, prevention and management

Ciguatera Fish Poisoning (CFP) is the most frequently reported seafood-toxin illness in the world, and it causes substantial physical and functional impact. It produces a myriad of gastrointestinal, neurologic and/or cardiovascular symptoms which last days to weeks, or even months. Although there are reports of symptom amelioration with some interventions (e.g. IV mannitol), the appropriate treatment for CFP remains unclear to many physicians. We review the literature on the treatments for CFP, including randomized controlled studies and anecdotal reports. The article is intended to clarify treatment options, and provide information about management and prevention of CFP, for emergency room physicians, poison control information providers, other health care providers, and patients.

羊草繁殖生物学特性的研究

羊草(Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. )又称碱草，隶属禾本科，赖草属，因其营养价值高，富含蛋白质，适口性好，抗旱，耐盐碱，耐贫瘠，抗逆性强，适应性广等优点，对我国发展草原畜牧业和退化草地、荒漠化治理方面具有举足轻重的作用。近年来，由于自然环境变劣，荒漠化加剧，以及过度放牧等不利影响，加之羊草本身固有的“三低”问题（即结实率低、出苗率低、产草量低）已对羊草生物多样性维持构成了严重的威胁，严重限制了我国人工草地建设和天然草地的改良和沙化治理的步伐。加强羊草生物学研究，开展羊草种质生物多样性保护，成为当前研究的紧迫课题。经对国内外相关文献的查新发现：国外发表的文献匮乏，国内的报导大多集中在草原生态等宏观领域，在羊草繁殖生物学方面缺乏系统的研究。本文以本课题组从国内外收集的羊草资源为材料，从以下几个方面进行了初步探索： 一、羊草繁殖性状与遗传多样性分子标记指标的相关分析。利用分子标记与形态标记对随机抽取的17份羊草种质进行了种质评估的比较研究。结果表明：两种方法均在17份供试材料中鉴别出9份羊草种质,说明分子标记方法用于羊草种质资源鉴定是可行的，并具有快速、准确、不受环境条件限制等优点。在40个10 Mer的随机引物当中筛选出21个有效引物，以之对9份羊草材料进行RAPD 分析，共扩增出115条带，其中95条带表现出多态性，多态比率82.61%，并筛选出S1213-900，S1213-1700，S1215-5500， S1396-1370，S1384-900，S1202-5180，S1220-2200，S1381-1580，S1211-1300，S1211-800为羊草种质所具有的10个特异性标记，据此可将羊草种质与披肩草、赖草加以区分。同时在羊草种内亦发现13条可区分供试羊草种质的特有标记。形态标记与分子标记相关性分析结果显示：羊草种质的小穗数，种子千粒重，叶色，有性繁殖量和结实率5个形态学指标与遗传多样性指标---特有带百分率及遗传距离之间，存在一定相关性。同时对羊草种质资源在收集和评价过程中存在的问题进行了探讨。 二、羊草不同基因型无性繁殖特性比较研究。以本课题组从吉林、内蒙古等省份收集的10个基因型羊草为供试材料，在相同的生态因子作用下，以吉生1号羊草为对照，对10个基因型羊草的叶数增量、芽数增量、芽高度、芽间距、芽重量、根量六个无性系形态性状指标进行测评。结果表明：基因型的差异也是影响羊草无性系生长发育的重要影响因子。因此，在今后的羊草无性繁殖生物学研究中，应综合考虑环境因子和基因型因子对羊草无性繁殖生长发育的影响。在所测评的10个基因型中，各基因型的形态性状指标差异很大，栽3基因型较其他基因型优于对照吉生1号，此结论可为今后培育羊草新种提供重要资料。 三、羊草幼穗离体培养方法的建立。其方法是取羊草幼穗为外植体，经0.1%升汞溶液表面消毒后，接种到含2mg/L的2,4-D的MS培养基上，置于恒温25℃条件下诱导愈伤组织。在加有1mg/L2,4-D的MS培养基上继代2次后，转移到含1mg/L KT和0.5mg/LNAA的MS培养基上分化培养得到再生芽。在除去激素后的基本培养基上获得了生根的试管苗。试管苗移栽到温室后生长正常。羊草试管苗的分化因基因型和外源激素条件的不同而异。 四、羊草有性生殖特性的研究。在自然条件下进行了羊草自交、异交结实性实验，采用FDA染色法检测羊草小孢子活性，并观测羊草雌蕊、雄蕊发育的时空特点。结果表明：在大田中羊草异交结实率远大于其自交结实率;成熟花药中有活性的花粉达到92.2%以上;同时，在发育时间顺序和空间结构上，羊草的雌蕊、雄蕊并不妨碍自体授粉。因此，初步结论认为羊草具自交不和性。

玉米的单倍体育种及基因转化的研究

玉米的单倍体育种，是利用花药培养或孤雌生殖产生单倍体后，进行人工或自然加倍，迅速获得稳定的新品种的育种方法。单倍体育种可以缩短育种时间，单倍体培养体系如果作为转基因的受体，可保证外源基因在后代中稳定遗传，而不发生分离。因此，玉米单倍体育种无论在实践中还是在理论研究方面都具有重大的意义。 本文针对玉米花药培养中长期以来未能解决的诱导频率低、基因型之间差异大、小苗移栽不容易成活等问题，重点探讨了各种因素对玉米花药培养的影响。结果表明：不同基因型之间的诱导频率差异明显，杂交种的诱导频率比纯系高，并选择出诱导频率高达20%的材料“中0198”;接种时花药中的花粉处于单核中期时，其诱导频率最高;采用液体培养基比采用固体培养基诱导频率提高一倍;培养基中加入0.5%的活性炭，可使诱导频率由5.25%提高到9.35%;15%的蔗糖浓度对玉米的花药培养是最适宜的，培养2周后，将培养基的蔗糖浓度从15%调整为10%，将明显提高诱导频率;培养基中高浓度的KT和低浓度的BA有利于诱导体细胞胚的发生，而低浓度的KT和高浓度的BA有利于诱导芽的发生;接种前将花药在4℃条件下进行低温预处理，可将诱导频率从3.13%提高到11.71%;培养基中添加2 mg/l的多效唑，可有效地促进小苗的生根;再生植株于冬季拿到海南种植，可明显提高移栽的成活率。 在玉米孤雌生殖的实验中，将未受粉的玉米雌穗接种在成份为N6 + 2,4-D 1mg/L + NAA 1mg/L + BA 1mg/L + CH 200mg/L + colchicine 2 mg/L + sucrose 5% + agar 0.7% 的培养基上。第一轮实验共接种了三个材料的26个雌穗（约3900个未受精的子房）。每种材料均有单性结实，诱导频率由高到低分别3.06%，2.29%，1.90%。直接获得了5株再生植株，通过染色体检查，发现其中3株为单倍体（n=10），另外2株为二倍体。移栽到土壤中后，有4株成活，其中一株二倍体植株能够正常开花、结实。得到的种子播种于实验田中，表现整齐一致，有纯系的特征，而且出现了2株白化苗。通过石蜡切片初步观察了孤雌生殖的胚胎发生过程，发现胚胎发生是从胚囊里的单倍体细胞起源的。第二、三轮实验又接种了10个基因型的玉米材料，证实了上述结果。 外源基因转导是利用生物技术进行玉米育种的一个有效途径。本文首次尝试了用离体子房注射法对玉米进行基因转化。首先构建了含有开花促进因子基因FPF1及植物选择标记抗除草剂基因pat的植物表达载体pFBR，采用离体注射培养法，取授粉24小时后的玉米雌穗，剥去苞叶，在超净工作台进行微量注射，然后切成小块接种在培养基上，在光照培养箱内培养，3-4周可直接获得种子或小植株。种子萌发后进行植株抗性筛选和分子检测，共注射了3个品种的47个雌穗（约16450个子房）得到再生植株109株，其中经PPT筛选有抗性的植株为23株，占再生植株的21.1%。经PCR检测，13株植株有阳性反应。但Southern杂交检测有杂带出现。出现杂带的原因、RNA水平的分子检测、转基因后代T1代的分子检测和早开花农艺性状的观察，由于时间关系没有完成，还需要进一步的实验。实验初步证明了离体子房注射法对玉米进行基因转化的可行性，而且与田间注射法相比，此方法具有省力省时，容易控制污染，转化效率提高的优点, 克服了玉米培养再生植株受基因型限制的困境, 将为玉米分子育种的基因工程提供更易行的手段。 同时，也为子房较大的其它植物的基因转化提供了方法。