中麻黄(Ephedra intermedia)胚胎发育及双受精作用在进化上的意义

本文对中麻黄(Ephedra intermedia)的双受精作用进行了较为详细的研究。其主要结果如下： 1．中麻黄约5月中旬传粉，5月下旬受精。中央细胞分裂形成卵核及腹沟核。卵核沿合点端方向移至卵细胞质富含细胞器区，被富含细胞器的细胞质所包围。卵核的受精发生在浓厚卵细胞质区内。精子向卵核靠近，穿过浓厚细胞质区，与卵核建立联系，二核逐渐靠拢。卵核核膜出现凹陷，并逐渐包围精子，最后完成受精。刚受精后的精核卵核的核质并不立即融合，各自保持独立。之后不久，二核完成融合，形成合子。 2．腹沟核刚形成后， 并不退化而是继续发育，并象卵核一样沿合点端方向从其顶端位置向卵细胞基部移动至卵细胞质富含细胞器区。第二个精子向腹沟核移动，靠近，并建立联系，最后完成融合，形成第二个合子。 3．双受精是中麻黄的正常生殖特征。中麻黄的双受精及第二次受精产物的命运具有重要的进化上的意义。 4．两个合子连续二次分裂形成八个游离核，或者叫次生合子。八个游离核进一步发育并细胞化形成具胚性功能的单细胞原胚．或者次生合子进一步分裂增殖形成多余游离核后再进一步发育并细胞化形成具胚性功能的单细原胚或在胚的发育中解体退化，以提供营养．一个胚珠可观察到一至七个发育时期不同的胚成熟胚珠中只有一个成熟胚，双子叶。 5．由游离核发育而来的单细胞原胚在进一步的发育中沿合点端方向向配子体内上移并形成单细胞球形胚。单细胞球形胚分裂形成二细胞胚，即胚原始细胞及胚柄细胞。胚原始细胞先进行一次平周分裂而后进行一次垂周分裂形成四细胞胚。之后胚体进一步分裂发育形成多细胞球形胚。发育至一定时期后，胚柄细胞及次生胚柄分裂、膨大、伸长形成胚柄，胚柄细胞逐渐增多、增长、弯曲疏松，成熟的胚中胚柄系统消失。胚体发育至圆柱状后，中央一层弧行排列的细胞形成根冠原始细胞，之后这些根冠原始细胞不断分裂、发育分化形成成熟胚的各种组织包括胚皮层、髓、原形成层及根冠等等。

Paleobotánica del epipaleolítico y mesolítico vascos

Homenaje a Ignacio Barandiarán Maestu / coord. por Javier Fernández Eraso, Juan Santos Yanguas

中国麻黄属植物的分类——兼论麻黄属的演化

根据中国麻黄属植物分类及麻黄属起源和演化研究中存在的争论，本论文主要进行了分类学、形态学、微形态学、解剖学、形态发生学、孢粉学、古植物学、植物生态学和植物地理学等方面的研究。 1、分类学 从性状变异式样的分析入手，结合标本馆工作和野外调查，确认了中国麻黄属植物共有13个种;合并了丽江麻黄(Ephedra likiangensis)、雌雄麻黄(E. fedtschenkoae);澄清了前人在细子麻黄(E. regeliana)、灰麻黄(E. glauca)、草麻黄(E. sinica)和双穗麻黄(E. distachya)等种类鉴定中混乱的问题，并描述了一个新种——日土麻黄（Ephedra rituensis Y. Yang, D. Z. Fu et G. Zhu）。 2、形态学 提供了中国麻黄属种类的标本（包括模式标本）照片资料及中国麻黄属植物的雌球花和雄球花的照片资料，为麻黄属分类和系统学研究提供了证据。 3、微形态学 首次报道了中国麻黄属植物的种子表面微形态特征，聚合囊表面纹饰、小枝表面特征。 种子表面特征可分为4种类型。类型I：种子表面平滑，包括：中麻黄(Ephedra intermedia)、双穗麻黄、细子麻黄等;类型II：种子表面具疣状突起，仅发现木贼麻黄(E. equisetina)一种;类型III：种子表面具横向片层状突起，仅有斑子麻黄(E. rhytidosperma)一种;类型IV：种子表面具纵条纹，包括喜马拉雅特有的3个大种子的种类，即矮麻黄(E. minuta)、山岭麻黄(E. gerardiana)和藏麻黄(E. saxatilis)。 对小枝表面扫描电镜下的微形态构造的研究并没有发现前人报道的毛状体特征，而只有一些疣状角质突起和有变异的气孔，同时注意到，麻黄属植物的小枝表面特征受到生境、发育阶段的影响。 麻黄属聚合囊顶孔开口处具脑波状纹饰，而聚合囊表面纹饰具二级纹饰。麻黄属聚合囊表面纹饰非常独特，为该属在地层中雄性生殖构造的发现提供了可参考的性状。 4、孢粉学 补充了麻黄属中非常特化的种——斑子麻黄的孢粉资料，同时也对膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、中麻黄、细子麻黄和木贼麻黄的孢粉重新进行了研究。结果表明斑子麻黄的花粉形态也非常特殊，其纵肋数目5条左右，纵肋波状扭曲，肋间沟槽内透明线发达且分枝。膜果麻黄的花粉与前人描述的一致，但是，中麻黄、细子麻黄和木贼麻黄的花粉形态可能受到发育的影响而与前人报道中描述的有些差异。讨论了麻黄属4种花粉类型的演化趋势。 5、形态发生学 对麻黄属雌球花三种代表类型的个体发育研究表明，三胚珠球花发育早期球花主轴的顶芽发育，双胚珠球花的顶芽没有发育，而在单胚珠球花中，雌性生殖单位直接占据顶芽的位置发育。这三种类型也代表了麻黄属球花演化的三个阶段，三胚珠球花代表麻黄属雌球花的原始式样，而单胚珠雌球花则为麻黄属雌球花最为特化的式样。总之，麻黄属雌球花有简化的趋势，伴随着这种趋势，雌球花苞片数目减少、种子数目减少、种子体积增大、表面复杂度增加。 6、解剖学 对斑子麻黄种子表面微构造的形态发生及解剖研究表明，斑子麻黄雌性生殖单位发育早期，其表面为平滑型，因此，突起为次生的。这些突起是由雌性生殖单位外盖被表皮细胞的外壁向外突出形成，这种突出生长常常在相邻细胞之间同时发生，因此，出现片层状构造。石蜡切片显示，这些突起在发育早期有完整的细胞核、细胞质等结构，但在种子发育晚期和成熟后，这些外壁突起的细胞成为空腔隙，本文对这种构造的生态学意义进行了分析。 7、古植物学 本文描述了早白垩麻黄科的2个大化石种。 古斑子麻黄（Ephedra archaeorhytidosperma Y. Yang, B. Y. Geng et D. L. Dilcher et Z. D. Chen）发现于辽西义县组尖山沟层，时代为早白垩的芭雷姆期。该种的雌球花具2对苞片、1或2枚种子、珠孔管短直或顶部稍弯、种子表面具横列片层状纹饰等特征而与现存的斑子麻黄特征最为相近。二者之间如此多的相似之处只有一种解释，那就是它们曾经有过共同祖先。因此，该种应归属于麻黄属的肉苞组。古斑子麻黄雌球花特征的稳定性同时也表明，在麻黄属中也存在所谓的“形态演化停滞现象（morphological stasis）”，而这种现象也是首次在买麻藤类植物中报道。 星学异麻黄（Alloephedra xingxueii J. R. Tao et Y. Yang）产于吉林大拉子组，时代属早白垩的阿普特期——阿尔布期。该种雌球花具2对苞片、2枚种子，种子长椭圆形且具短的珠孔管与现存麻黄科植物最为相近，但是，其分枝式样与麻黄属不同，因此，本文在麻黄科中建立了一新属新种。此外，麻黄科植物常被看作是干旱区植被的代表，但是，对星学异麻黄当时所处的环境研究发现，大拉子组当时具有较明显的亚热带气候条件下的植被性质，因此，星学异麻黄即使需要干旱的条件，可能也只是局部小生境的条件。 8、生态学和植物地理学 本文首次对麻黄属植物生存环境中的水热条件进行了调查。从所选择的8个分布点来看，除了拉萨外，在麻黄属生殖生长期，其余7个分布点的湿度均是一年中最底的时期，而温度在这个时期逐渐升高。 对各地区内麻黄属种类的分布情况的分析发现，麻黄属的种类主要集中在三个地区，一是我国西北、前苏联的中亚地区及邻近地区，二是美国西南部、墨西哥西北部的地区，三是南美的智利、阿根廷等地。

麻黄属的化石记录及早期多样性

买麻藤纲的系统演化位置数百年来一直是国际植物学界争论的焦点问题。有人认为，买麻藤纲是被子植物的姐妹群，但另有人认为该纲与裸子植物的关系更为密切。尽管存在争议，但是麻黄属（麻黄科）一直被公认为买麻藤纲的基部类群。由于其在植物界中的特殊位置，解剖学、形态和分类学、分子系统学与古植物学等多种学科已经对该属开展了多角度的研究工作。在对买麻藤纲系统发育和演化位置进行研究时，我们意识到麻黄属的历史记录问题不仅是对麻黄属进行其他研究中必须首先解决的关键问题，而且已成为当务之急。而要令人满意的地解决麻黄属的历史记录，必须弄清以下核心问题：①麻黄属的起源时间是什么? ②麻黄属的化石记录怎样? ③早期麻黄植物的多样性怎样? 我们在全世界搜集了麻黄属的全部化石文献，这给我们对该属历史记录进行研究提供了扎实的基础;我们在辽西热河生物群尖山沟组早白垩世地层采集到了保存完好的麻黄化石，这为我们对其历史记录的研究提供了新的材料。 在对该属进行深入的研究后，结合对在中国辽宁省西部尖山沟组早白垩世地层采集到的保存完好的麻黄化石的研究，得出结论如下： (1)麻黄科下原有的似麻黄属和异麻黄属的属征以及模式种的形态特征与麻黄属非常接近。似麻黄属与麻黄属的区别在于二者的时代不同，异麻黄属和麻黄属的差异在于异麻黄属的分枝式样兼具对生和互生。在综合对比后，将似麻黄属和异麻黄属归并入麻黄属中。 (2)根据繁殖器官的特征，对麻黄属下的化石记录进行了整理，结果发现，目前可以确认的麻黄属化石种共有7个，分别是Ephedra chenii (Cao et Wu) Liu, Li et Wang comb. nov., E. antiqua (Heer) Liu, Li et Wang comb. nov., E. xingxuei (Tao et Yang) Liu, Li et Wang comb. nov., E. lanceolata Liu, Ferguson, Li et Wang sp. nov., E. divisa Liu, Ferguson, Li et Wang sp. nov., E. ovata Liu, Ferguson, Li et Wang sp. nov., 以及E. tenera Liu, Li et Wang sp. nov.。其余的种由于性状不明确或缺乏繁殖部分的特征而被暂时搁置一边。 (3)在1.25亿年前，麻黄属在种子单位中苞片的形态、叶片的形态和大小以及叶脉式样等四个方面已经表现出了丰富的多样性。1.25亿年前，麻黄属叶片的最长可达35毫米，最宽可达45毫米，比现代植物的大（最长可达35毫米，最宽可达2毫米）;叶片的叶脉式样中在同时具有现在植物的平行脉和汇聚脉之外，还有分叉脉出现。种子单位中苞片的形态主要为鳞片状和披针形，这比现代植物窄;叶片的形态主要有四种类型（卵形、裂叶、披针形以及鳞片状），比现代植物中的两种类型（披针形和鳞片状）复杂。将1.25亿年前多样的麻黄属与现代麻黄植物对比，表明在过去的1.25亿年期间，麻黄属的演化过程为：性状的消失和物种的灭绝。 (4)对于麻黄属的起源时间，对现代麻黄植物叶绿体rbcL基因序列的分析得出的时间为8-32 百万年，而近期基于rbcL、rps4 以及ITS序列和麻黄属化石种子以及麻黄粉的分析，得出麻黄属的起源时间为1.1亿年。我们发现的保存完好的化石标本给出的可靠的直接证据表明，麻黄属植物早在1.25亿年前已经出现，而且当时已经表现出了丰富的多样性，说明麻黄属的起源时间可能会更早。

云杉属的分子系统学与生物地理学研究

云杉属植物是非常重要的森林树种，广泛分布于北半球的寒温带、温带高山和亚高山地带。该属为松科中仅次于松属和冷杉属的第三大属，约有 28-56 种。自云杉属建立以来，其属于松科没有任何疑议。然而，由于云杉属物种间频繁杂交、形态趋同和取样困难，尽管已经有基于形态学、细胞学、化学成份、叶绿体 DNA RFLP 等方面的研究，该属的属下分类仍然存在诸多争议。本文利用父系遗传的叶绿体基因和母系遗传的线粒体基因序列重建了云杉属的系统发育关系，探讨了云杉属生物地理格局的形成过程。在此基础上，我们研究了低拷贝核 CAD 基因在云杉属的进化式样。另外，我们还对裸子植物线粒体基因 rps3 的内含子分布和进化进行了初步研究。 1． 云杉属的系统发育和生物地理学研究 我们选择了 Farjon (1990) 确定的 34 个种中的 33 种 (另一个种在 Flora of China 未得到承认)，共 103 个个体，对这些个体的叶绿体 DNA 片段 trnC-trnD 和 trnT-trnF 以及线粒体基因 nad5 的第一个内含子进行了序列测定。在两个叶绿体基因片段联合分析构建的系统发育树上，北美西部的 P. breweriana 和 P. sitchensis 位于最基部。其余的物种分为三支：第一支由北美的两个物种组成;第二支包括分布于喜马拉雅-横断山区及其周围地区的八个种、台湾的 P. morrisonicola、西亚的 P. orientalis、日本的两个种及北美的 P. chihuahuana;第三支中，北美的 P. pungens 位于基部，亚洲东北部的种 (除 P. maximowiczii 和 P. torano 外)、P. retroflexa 和欧洲的 P. abies 构成一个单系群，并与北美的 P. mariana 和 P. rubens 及来自巴尔干半岛的 P. omorika 形成姐妹支。所有样品的 nad5 第一个内含子序列可分为 A、B、C、D 和 E 5 种单倍型，北美的物种拥有前 4 种，而且 A、B 和 C 单倍型为北美所特有;欧亚的物种仅含 D 和 E 两种单倍型。 上述结果结合 MacClade 和 DIVA 分析及化石证据，我们推断云杉属起源于北美，至少两次经白令陆桥扩散至亚洲，然后从亚洲扩散至欧洲。亚洲东北部的绝大多数物种和欧洲云杉 P. abies 的种间遗传变异非常低，而且线粒体单倍型均为 D，可能来源于一次近期的辐射分化。云杉属的现代分布中心之一喜马拉雅-横断山区的物种可能不是一次起源，日本的物种同样如此，这可能与第三纪气候变冷和第四纪冰川导致的物种迁移有关。此外，我们发现目前用于云杉属分类的一些形态性状（如叶扁平、菱形等）在系统发育树上位于不同的位置，说明这些性状可能不是一次起源或是祖征在不同支系中的保留，用于云杉属的系统划分须慎重。 2． 云杉属 CAD 基因的进化研究 裸子植物的多倍体特别少，且以基因组庞大而著称。被子植物中的很多单拷贝基因在裸子植物中以低拷贝或多拷贝基因家族的方式存在。CAD 基因在木质素单体合成的最后一步起作用，在松属中只发现了一种 CAD 基因拷贝，在欧洲云杉中却发现了三种拷贝，而且 Southern 杂交和子代分离鉴定结果表明这三种拷贝至少位于两个位点上。然而，对云杉属三个物种 (包括欧洲云杉) 构建的遗传图谱却都只发现了一个 CAD 基因位点。由于云杉属 CAD 基因的数目和分布存在很大争议，我们根据构建的叶绿体基因树，选择了不同支上的 20 个物种、29 个样品研究该基因的进化式样。结果表明：云杉属不同物种中 CAD 基因的拷贝数为 1-4 种，多数为 2-3 种。系统发育分析发现有些物种的所有 CAD 基因拷贝聚成一支，另有一些物种的 CAD 基因拷贝位于不同位置。此外，我们对 GenBank 中云杉属三个物种 CAD 基因的 EST 序列分析后发现：EST 序列的差异主要发生在 3’-UTR 区，表现为序列长短的不同，这有可能是进行体外反转录时引物结合于不同的位置所致。因此，结合前人研究（包括遗传图谱分析），我们推测 CAD 基因在云杉属内发生了多次重复，重复拷贝很可能呈串联排列。 3. 裸子植物线粒体基因 rps3 的进化研究 线粒体基因内含子的获得/丢失已经被广泛应用于系统发育研究。rps3 为分布最广的线粒体核糖体蛋白基因，一般含一个内含子，前人研究显示其在裸子植物中多了一个第二类内含子 rps3i2，并将这个内含子作为区分裸子植物和其它植物类群的标志之一。然而，该研究只选择了苏铁和银杏作为裸子植物的代表，取样代表性不足。在本研究中，我们对裸子植物每个科至少选择一个物种作为代表，通过 DNA 序列和部分物种的 RT-PCR 分析，探讨 rps3 基因在裸子植物中的进化。结果表明 rps3 基因内含子的分布与裸子植物系统发育关系相吻合：Conifer II、松科的落叶松属和黄杉属及百岁兰科不仅不含 rps3i2，而且丢失了第一个内含子;金钱松属缺失第二个内含子。我们推断在 Conifer II 的祖先和百岁兰科中分别一次性丢失了两个内含子;在松科中则发生了两次单独的丢失事件，一次是在落叶松属和黄杉属的祖先中丢失了两个内含子，一次是在金钱松属中丢失了第二个内含子。另外，在 Ephedra 中没有扩增出 rps3 基因，Gnetum 中具有第二个内含子，倪藤科的 rps3i2 似乎支持松科与倪藤纲的关系更近。对 rps3i2 的进一步分析发现，其序列结构与松科的系统发育关系非常吻合。根据上述结果和 mRNA 编辑位点分析，我们认为 Conifer II等类群中的两个rps3内含子丢失可能是反转录酶介导的 cDNA 反转录造成的。Psuedolarix 的内含子丢失也可能为相同机制，但因缺乏材料而未能进一步研究。

藏麻黄与丽江麻黄的形态及遗传变异研究

麻黄属(Ephedra)起源较早，该属植物的形态性状极度退化或简化，可用于经典分类学的有价值的性状非常有限。分布于青藏高原的藏麻黄（E. saxatilis）和丽江麻黄（E. likiangensis）二者间形态相似，性状变异连续，很难分辨，但被《中国植物志》中、英文版作两个种处理。 本文对藏麻黄和丽江麻黄的七个居群、151个个体的叶、雌球花和节间长等形态学性状进行了分析，发现各性状的变异情况在群体间无明显差异。同时我们还对154个个体的叶绿体DNA trnT-trnF和 trnS-trnfM区进行了序列分析，两个片段的联合矩阵长1382bp，共有29个变异位点，其中有9个碱基变异和2个indel，可划分为H1、H2和H3三种单倍型。这3种单倍型在丽江麻黄中均有分布，但藏麻黄仅含H1和H2。 综合来自形态学和分子方面的证据，我们发现藏麻黄和丽江麻黄的关系非常近缘，因此建议予以合并。同时本文还以膜果麻黄（E. przewalskii）为外类群，从谱系生物地理学角度探讨了三种叶绿体单倍型的进化关系，发现H2最原始，分布最广;H1与其它两种单倍型间的序列差异较大，可能是较进化的类型。此外，无性克隆的繁殖方式可能是导致Ephedra单倍型非常简单的重要原因之一。

买麻藤目的化石记录及其与 被子植物起源关系的探讨

二十世纪初，前人在中国的东北地区发现了大量保存完好的动物化石，其中以狼鳍鱼最具代表性，科学家将在该地区发现的化石生物群命名为“热河生物群”。“热河”这一名称得名于该化石群的经典产地，即当时的热河省东部地区。建国后，热河省被撤消，其西部划归河北省，东部划归辽宁省。原热河生物群的经典产地因此落在了今天辽宁省的西部，即辽西地区。但是，“热河生物群”这一在地质古生物学界具有深刻影响的名称仍然保留着，而且近几年来在该地区又有大量的鸟类以及恐龙的化石被发现。该地区现在已经成为世界级的古生物宝库。通过不同的方法对该地区进行时代测定的结果认为该地区的时代为白垩纪早期。 与发现众多、研究深入的动物群相比，在该地区开展的植物学研究起步较晚，但在最近几年取得了很大的进展。目前为止，已经发现的植物类群就有苔藓、蕨类、银杏、苏铁、松柏类和被子植物。其中，银杏、苏铁、松柏类尤为丰富。理论上，被子植物也正是从该生物群所代表的白垩纪早期开始出现并逐步走向繁荣的。近年来在热河生物群中就有不少关于被子植物早期类群的报道，如古果属A rchaefructus和里海果属Hyrcantha等。传统上认为，买麻藤目植物与被子植物起源的关系非常密切，但是最近的分子系统学研究却将该类群推离了被子植物，而作为裸子植物高等类群松柏类的姐妹群对待。但是，在热河生物群中的一些新买麻藤目植物的化石标本与被子植物早期类型化石标本的发现却提供了新的思路或证据。如近年来，我国学者已经在该生物群中报道的麻黄科下的2属4种。这些发现的类群都与买麻藤植物的基部类群麻黄属密切相关。这种新发现带来的证据或许可以为被子植物起源这一世界难题的解决提供新的思路。 在对前人关于买麻藤目植物化石标本的研究进行整理的时候，我们发现我们的部分化石与前人发表的一个种Ephedrites chenii在标本的形态学特征方面完全相同。但是在对该类群及其所在的属与麻黄的现代类群作对比研究后发现，该种植物的繁殖器官的特征完全符合麻黄属的特征，因此将该类群转移到麻黄属中作为新组合对待。另外，根据前人对该种在种加词的命名上的修改，我们将该新组合命名为Ephedra cheniae。 在调查该生物群中的买麻藤植物时，我们发现在部分化石类群中出现了前人没有记载过的新性状，比如在麻黄科类植物中发现了互生的分枝方式，并据此命名一个新的单种属Alloephedra xingxuei。为了探讨互生分枝这一性状对于麻黄科的分类意义，我们调查了国内外不少标本馆中的标本，并在野外做了取样统计。结果发现，在不少现代麻黄的枝条上都出现了不同程度的分枝发育不均衡，表现为在同一节上对生的两个分枝中一侧分枝能够正常发育而另一侧发育迟缓甚至不发育，这种不均衡的发育造成了在现代麻黄中出现了类似互生的分枝状况。在整理前人对麻黄分枝方式研究的基础上，结合我们对野外类群形态学性状的调查，我们认为由于在同一节上对生的两个分枝中一侧延迟或不发育而引起的类似互生的性状是较为广泛存在的，它不应该成为属一级的分类依据，而只能作为种一级的分类依据对待。因此我们将AHoephedra xingxuei转移到麻黄属中作为新组合Ephedra xingxuei处理。 除此之外，我们也发现了不少其他的买麻藤目化石标本，在对买麻藤目以往的化石记录了解以及对这些标本形态学性状把握的基础上，我们将这些新发现的化石标本放置在麻黄科麻黄属中作为新种对待，并根据其叶片以及苞片的特征分别将他们命名为披针叶麻黄（Ephedra lanceoleta）、裂叶麻黄（Ephedra divisa），卵叶麻黄（Ephedra ovata）以及双苞麻黄（Ephedra bibracta）。 与此同时，我们也发现了保存完好的被子植物的化石标本。该标本中具有5个离生的心皮、分枝方式兼具侧生和二叉分枝两种、并具有多裂的叶片。在辽西地区同时代发现的被子植物早期类型共有两个，分别是Archaefructus和Hyrcantha。其中前者具有许多个离生的螺旋状排列在可育枝的顶端1cm内的子房／心皮，而后者只有2-4个子房／心皮。在对我们新发现的化石标本与这两个被子植物的早期类型在叶片形态、分枝式样、果实大小、果实构成、果实排布、心 皮数目等形态学特征对比的基础上，我们认为新的化石标本描述了一个被子植物早期类群的新形态，并根据其具有五个心皮以及多裂的叶片的特征，命名为裂叶文采果Wentsaia divisa gen.＆sp. nov。 由于我们有幸能在辽西同时发现了买麻藤植物的化石标本和被子植物早期类型的标本，这就给了我们一个讨论二者在起源关系方面的机会。在对二者的营养器官特征、繁殖器官结构组成、繁殖器官性别构成以及对二者生活环境理解进行对比的基础上，我们认为，买麻藤目植物的早期类型与被子植物的早期类型之间存在相关性。但是就目前的证据而言，尚无法推测二者之间是否存在性状上的演化关系，而该问题的解决需要更多的化石证据的积累。

中国北方花粉--气候走势面研究及内蒙中部全新世环境变迁

本文在对中国北方表土花粉研究的基础上，采用多项式函数回归方法建造了中国北方松属(Pinus)、桦属(Betula)、栎属(Quercus)、蒿属(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、云杉属(Picea)、麻黄属(Ephedra)、禾本科(Gramineae)等的花粉——气候趋势面，从而为利用化石花粉资料直接恢复古气候、古环境提供了一种方便易行的方法;采用多元分析方法对内蒙古中部草原区表土花粉进行了主成分分析，探讨了草原区表土花粉组合的规律及与植被类型的关系;本文还应用孢粉分析方法，结合14C测年技术，通过内蒙古中部察素齐泥炭剖面高分辨率的化石花粉数据，初步恢复了大青山山地南部及土默特平原地区分辨率为70年的全新世以来植被演替和环境变迁的状况，并与邻近地区的全新世古气候、古环境进行了对比研究，研究发现，本区域全新世古环境的变迁序列基本上可以与周围地区及华北地区进行对比，其环境变迁经历了凉干～温湿～暖湿～温干～凉干的变化，且气候最适宜期出现在5000～4100aB.P.期间;最后，对利用花粉——气候趋势面方法恢复古气候进行了尝试和探讨，经与常规方法对比，表明利用趋势面模型重建古气候是一种行之有效的新方法。

新疆天山中段北坡地区现代孢粉学研究

新疆中部地区位于西北内陆干旱一半干旱区，是欧亚大陆的地理中心，是中纬度内陆干旱区代表性区域，也是全球变化敏感区域之一，基本特点是气候干旱、水资源匮乏、植被稀少、荒漠广布，生态系统脆弱。在研究区域内，天山山脉海拔高度差异5 000 m左右，随海拔梯度下降依次出现高山冰雪带、高山亚高山草甸带、森林带、草原带、荒漠带、沙漠带等明显完整的植被垂直带，是开展现代孢粉学和植被变化研究的理想地点。本报告在立足于该区前人工作的基础上，从表土花粉、空气花粉和现代植被之间的关系入手开展现代孢粉学研究，探讨了花粉与植被的关系。 在研究区内，选择新疆阜康市和吉木萨尔县为研究地点，设计了一条从天山博格达峰附近雪线开始直至古尔班通古特沙漠长约100 km、宽约20 km的样带。沿样带，从高山座垫植被和草甸带开始，经过中海拔地带的云杉林，置到低海拔的荒漠，在山地海拔每下降20～100 m采集一个表土花粉样品，平原每间隔10～20 km采集一个表土花粉样品，同时做现代植被调查，共采集80个表土花粉样品和调查了86个现代植被样方;在天山乌鲁木齐河河源区的大西沟，从一号冰川前缘开始，沿山谷向下直到谷口，按海拔100 m间隔采集了14个表土样品，对表土花粉与植被之间的关系进行了探讨。为了弄清空气花粉传播、散布与气象因子和植被的关系，沿样带从高山到沙漠分别在天池气象站、中国科学院阜康荒漠生态系统定位研究站和北沙窝草炭试验地设置了三个风标式空气花粉收集器，从2001年7月至2002年7月连续收集空气花粉雨，收集了跨2个年度1周年的1 14个空气花粉样品，依据分析结果研究了空气花粉的传播和散布规律以及与表土花粉和植被之间的关系，这在新疆地区乃至全国尚属首次。 根据表土花粉分析结果和现代植被样方资料的分析以及天山中段主要植物种类沿海拔高度的分布特征，天山中段北坡垂直植被带谱为：高山座垫植被(>3 400 m)、高山亚高山草甸(3 400-2 700 m)、山地云杉林(2 700-1 720 m)、森林草原过渡带(1 720-1 300 m)、蒿类荒漠(1 300-700 m)和典型荒漠(<700 m)。表土花粉谱基本上反映了相同海拔高度的现代植被带，特别是在云杉林带，表土中雪岭云杉(Picea schrenkiana)花粉占优势;在蒿类荒漠植被带表土中蒿属（Artemisia）植物花粉非常丰富;在典型荒漠植被带的表土中藜科(Chenopodiaceae)植物花粉占绝对优势，因此可依据这些建群种植物花粉含量峰值的位置划分植物群落。 空气花粉样品分析结果表明：空气中花粉主要是现生植物当年生长产出的花粉，盛花期的花粉数量能较好地反映当地的植被状况。空气中的乔木植物花粉主要有云杉(Picea)，其次是柳属（Salix）;灌木草本植物花粉主要是藜科和蒿属，其次是菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、柽柳科(Tamaricaceae)和麻黄属(Ephedra);空气中的花粉数量与植物的花期相对应，云杉等乔木植物盛花期在夏季5月末至7月初，灌木草本植物盛花期在夏秋季节。气温、降水、风速和风向等气象条件对空气中花粉数量有很大影响，其中风速和风向影响最大。从空气花粉和表土花粉的分析结果与现生植被对比，新疆中部地区的山谷上升气流是导致花粉“爬坡”现象的主要动力，在一定条件下，上升气流搬运花粉的数量和能力是十分可观的。 空气中的花粉是现生植物当年生长产出的花粉，表土中的花粉是多年花粉落地沉积的积累，植物盖度大，该植物的花粉在空气中和表土中数量相对就大。在新疆中部地区，空气花粉能反映当地和附近周边方圆约50 km的植被状况，其花粉组合特征与表土花粉和当地现生植被分布的对比研究，可以较好地寻找花粉与植被的关系。本研究报告的研究成果不仅为新疆地区的孢粉学研究增添新的内容，而且将有助于合理解释新疆地层中、尤其是第四纪以来的地层孢粉，较客观地恢复过去的植被景观，同时可为本地区的大气环境检测提供有重要价值的参考资料。

新疆天山中段北部空中花粉数量的时空变化及其气候与植被指示意义

空中花粉是植被类型、气候状况与大气环境质量的指示物之一。空中花粉雨的取样实验对化石花粉谱的解释和古植被的恢复具有指导意义，因此空中花粉分析成为第四纪孢粉学和古生态学研究的有效辅助手段。本研究在新疆天山中段北坡进行了短期的空中花粉监测（2001年7月~2006年7月），目的是获得局域性和区域性植被所散发的花粉类型及其数量信息，并探讨花粉数量的植被与气候指示意义、花粉传播以及受环境条件影响的程度，同时分析和检测花粉浓度受气候条件的影响情况。空中花粉的收集使用Cour-type捕捉器，分别在3个不同海拔梯度进行5年连续的空中花粉收集（夏秋季节每周一个样品，冬春季节每两周一个样品）。取样地点分别是新疆天山中段北部的天池气象观测站（43°53'58.38"N, 88°07'15.75"E , 海拔1942.5m）、中科院阜康荒漠生态系统定位站（44°17'27.41"N, 87°55'52.65"E, 海拔477m）和准噶尔盆地古尔班通古特沙漠南缘的北沙窝试验站(44°22'40.74"N, 87°55'9.74"E, 海拔443m），取样点的植被带跨度天山北坡的森林草原到低海拔的典型荒漠。 光学显微镜鉴定的空中花粉主要有43种类型（24科30属），而蕨类、苔藓与真菌孢子数量较少。孢粉类型多样性指数为2.45（Shannon Index）。显然，从样品中所鉴定的空中花粉种类与所观察的植物种类有很大的差距。花粉类型与数量在三个不同海拔梯度的取样点上也有明显差异。天池取样点的花粉类型较丰富，与天山北坡垂直带植被分布以及丰富的植被成分相对应，花粉的优势种类为雪岭云杉(Picea schrenkiana)、蒿属(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、柽柳科(Tamaricaceae)和麻黄属(Ephedra)，高代表性的外源荒漠花粉类型“削弱了”本地花粉类型的代表性;阜康与北沙窝取样点的花粉类型主要来自荒漠成分的藜科、蒿属、麻黄属、蒺藜科(Zygophyllaceae, 白刺属Nitraria为主）、柽柳科（柽柳属为主）、蓼科(Polygonaceae, 沙拐枣属Calligonum为主）等耐旱植物。花粉数量与植被数量并非简单的线性关系。空中和表土花粉的数量分析表明，藜科、蒿属、麻黄属花粉具有超代表性;雪岭云杉花粉的代表性适中;禾本科(Gramineae)、榆属(Ulmus)、白刺属、柽柳科、沙拐枣属花粉代表性较差。 5年平均花粉浓度大小依次是阜康（81.668 grains/100m3）>天池（51.726 grains/100m3）>北沙窝（45.7685 grains/100m3）。蒿属花粉的峰值出现在秋季，并且出现双峰现象（可能与不同蒿类花期分布不均有关），而其它木本和草本类植物花粉浓度的峰值为单峰，具有明显的季节性，春夏之交开花的桦木属、榆属等类型较为明显。藜科花粉的峰值出现在夏季，麻黄和柽柳的峰值出现在盛夏，桦木属、柳属Salix、雪岭云杉等花粉浓度峰值出现在初夏，与其花期物候相对应。木本植物花粉以雪岭云杉为主，其次为桦木属(Betula)、榆属、柳属、胡颓子科(Elaeagnaceae)花粉，柳属花粉百分比在三个取样点分配比较均匀，桦木属花粉在空间分布上差异明显，与植物分布数量相关。胡颓子科的花粉出现时间短，数量也较少。榆属花粉出现的季节性明显，代表性也较差。因此解释地层中出现类似的低代表性和高代表性的花粉类型时，需要注意其百分比数量的适当校正。木本植物花粉百分比随海拔高度变化成正比关系，对植被的指示性较好。雪岭云杉的年平均花粉浓度在天池取样点明显高于其它两个取样点，5年的平均花粉浓度和百分比与海拔高度呈正比。天池取样点的百分比最高为28.85%，平均为21.15%，而北沙窝与阜康两地5年平均百分比含量分别为0.69%和1.57%，这种时空变化规律与植被数量的关系密切。藜科花粉百分比在阜康和北沙窝取样点占绝对优势，5年的平均花粉浓度与海拔高度呈反比。蒿属花粉年平均浓度与海拔高度关系微弱（R2=0.04，p =0.46），而花粉百分比与海拔高度有显著的线性正比关系（R2=0.72，p<0.0001）。但在低海拔的两个取样点之间差异不明显。 年平均花粉百分比和花粉浓度随海拔梯度而变化，主要花粉类型的变化规律存在差异。暗针叶林雪岭云杉花粉的年平均百分比在低海拔的阜康和北沙窝地区低于3%，在盛花期的6月初，低海拔的取样点也未见超过5%，雪岭云杉花粉的传播在研究区范围内数量分布变化较大，再次表明该类型的花粉在原地沉积效率很高。空中花粉数量能够较好地指示主要的植被带，盛花期内50%以上的雪岭云杉花粉含量则指示了雪岭云杉森林植被带，而高含量的蒿属植物花粉指示了天山山前冲积平原上的蒿类荒漠，相反，高含量的藜科花粉代表了低海拔地区的荒漠。雪岭云杉花粉百分比与浓度均与海拔高度呈显著的线性正比关系，表明雪岭云杉花粉传播的局限性。主要的非木本植物藜科花粉的浓度与海拔高度成反比，蒿属则相反，表明藜科与蒿属花粉在研究区具有很好的植被与气候指示意义。 花粉绝对数量、百分比、浓度具有明显的年际变化，其原因与气候状况的变化有关，年平均花粉浓度、主要类型的花粉浓度与气候参数（降水量、平均温度、最高和最低温度、相对湿度等）的相关分析表明，降水量和湿度与花粉浓度呈负相关程度较高，与其它气候参数则呈显著的正相关。干旱指数、花粉比值、花粉百分比（AP，NAP）与七月份平均气温，年平均降水量的相关系数（Pearson correlation），Ar/Ch与七月平均温度在0.01水平上呈显著的正相关（R2=0.894）, 与年平均降水量在0.01水平上呈显著的负相关（R2=0.874）。AP花粉百分比与七月份平均温度呈显著的负相关（R2=0.71, p<0.0001），与年降水量呈正相关（R2=0.43, p=0.01），而NAP花粉正相反。利用短期监测的空中花粉雨数据计算得到的花粉比值以及干旱指数在研究区具有明确的指示意义，尤其是干旱指数、Ar/Ch、Ar/Ep，这些都可为表土花粉、植被与气候关系模型的建立提供重要的参考信息。 气候参数在很大程度上影响大气花粉的浓度，而风速和风向对空中花粉的传播、散布影响较大，花粉的来源与传播受风向和风速的控制。不同取样点的空中花粉数量差异受地形条件影响很明显，这种差异也可利用地形空气动力学特征的差异来解释，天池监测站因“逆坡”（upslope）的气流促进了低海拔的花粉流向高海拔传播。 研究区的空中花粉数量信息是研究表土花粉、植被和气候关系以及第四纪古生态学的重要基础。本研究提高了对研究区空中孢粉的类型及其传播规律的认识和理解，增加了解空中花粉受环境影响的主要因素及其影响程度，对地层孢粉类型鉴定和花粉数据的解释提出指导性建议，对本地区的古植被与古环境研究增加现代孢粉学的参考依据和信息，并可为建立区域性的现代孢粉－植被－气候关系模型提供可靠依据。 同时，本报告也讨论了存在问题和不足，并提出了今后工作的可能完善方案。