现行人教版高中生物学教材对隔离和物种形成方式的介绍较为简单.深入剖析隔离、隔离机制、物种形成方式等概念,强调地理隔离与生殖隔离都可看作保存物种基因库的机制;地理隔离也不是物种形成的必要条件;地理隔离与生殖隔离也并不一定有先后之分.如果辩证地、用时空两个维度来审视这些概念,可以更好地帮助学生掌握它们的核心内涵,提高学科核心素养.

近几十年来,随着工业化、城市化的加速推进,人类活动对自然生境的干扰越来越频繁,导致生境破碎化与生境质量下降.在流域尺度上科学模拟生境破碎化过程及其对生境质量的影响,对于提升生物多样性和生态系统功能具有重要意义.以鄱阳湖流域为研究区域,基于InVEST模型分析区域生境质量的演变特征;从生境面积、生境边缘和生境隔离三个特征维度模拟生境破碎化过程;采用广义加性模型和地理探测器探究不同生境破碎化过程对生境质量变化的影响与交互作用.研究结果表明:(1)鄱阳湖流域生境质量呈下降趋势,从2000年的0.7862下降到2010年的0.7807,再下降到2020年的0.7715,但总体生境质量较好.生境质量较优的区域主要分布在流域南部、东北部以及西部地区,生境质量较差的区域主要分布在各个子流域的交界处.(2)2000-2010年,鄱阳湖流域生境面积占比下降、生境边缘增加和生境隔离增加三个生境破碎化过程分别占总研究区网格数的34.70％、30.15％和4.50％;2010-2020年分别占总研究区网格数的34.80％、30.69％和4.40％;2000-2020年分别占总研究区网格数的40.82％、37.50％和5.46％.生境面积减少的网格主要集中在鄱阳湖流域的中北部地区;生境边缘增加的网格分布和生境面积减少的网格分布相似;相比之下,生境隔离增加的网格较少,主要分布在各城市的中心城区范围.(3)生境破碎化过程对生境质量具有显著影响,两者呈非线性负相关关系;三个生境破碎化过程两两之间交互作用对生境质量的影响呈现双因子增强趋势.研究结果可为鄱阳湖流域生态格局优化与生境质量提升提供科学参考.

野外放归是维系濒危物种野生种群长期续存的重要途径,对放归成效的监测研究有利于濒危动物种群科学有效的管理.采用非损伤性标志重捕法评估了吉林省张广才岭南部黄泥河林区东北马鹿的种群数量与分布;利用粪便DNA信息,从亲权鉴定和遗传多样性方面对其放归成效进行了评估.结果显示:(1)黄泥河林区马鹿种群数量平均90(68-124)只,密度0.045(0.034-0.063)只/km2,主要分布于林区北部,呈现一定程度的地理隔离;(2)性别鉴定显示,野生种群的雌雄性比1.71∶1,放归后雌雄性比1.83∶1,放归提高了种群的可繁殖概率;(3)亲权鉴定检测到,放归个体(R3)与野生个体在野外成功繁殖,并产下子代;(4)野外放归向野生种群引入了平均2.9个"新"的等位基因,提高了其遗传多样性水平.在种群密度、可繁殖率、遗传多样性方面对马鹿放归的有效性进行了证实,但建议进一步在行为节律、家域和生境选择等方面开展研究,系统性评估马鹿种群的放归成效.

海南岛是与周边大陆存在地理隔离的大陆性岛屿,探索该岛屿与邻近大陆上生物的遗传分化有助于理解地理隔离对生物遗传分化的影响.在海南岛及其周边大陆 15 个地点采集两种鳞翅目天蛾科(Lepidoptera:Sphingidae)昆虫(绿带闭目天蛾Callambulyx rubricosa 88 头和构月天蛾Parum colligata 57 头),选择线粒体基因COI、Cytb和核基因 EF-1α作为分子标记开展遗传多样性研究.基于COI-Cytb分析的结果表明,两物种的核苷酸多样性均较低(分别为 0.00434 和 0.00818),且均在广东广西、越南和海南岛群体之间存在明显的谱系地理结构.两个物种在三个群体间均检测出低水平的基因流(Nm分别为0.09-1.22 和0.18-0.57)和高水平的遗传分化(FST分别为 0.29-0.84 和 0.47-0.73).两个物种最高的遗传分化都发生在海南岛与大陆群体之间,且海南岛群体的单倍型数量少于周边大陆群体.Mantel检验结果表明遗传距离与地理距离之间存在显著正相关关系,中性检验结果表明两个物种均未经历显著的种群扩张.综上,研究认为绿带闭目天蛾(C.rubricosa)和构月天蛾(P.colligata)的海南岛群体与邻近大陆群体间的基因交流较少,遗传分化程度较高,推测地理隔离可能是其产生遗传分化的重要原因之一,这一结果将为海南岛生物多样性的保护提供宝贵的建议.

为了探究郑州城市公园鸟类群落是否符合嵌套分布格局及其影响因素,本研究从中国观鸟记录中心收集了2019-2022年每年3-7月河南省郑州市15个城市公园的鸟类记录数据.使用WNODF(weighted nestedness metric based on overlap and decreasing fill)分别计算郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落的嵌套分布格局,采用Spearman偏相关检验分析了公园嵌套序列与公园特征参数(公园面积、隔离度、生境类型数量和建筑指数)的关系,以及物种嵌套序列与物种生态学特征(体长、地理分布范围、窝卵数和最小面积需求)的关系.WNODF分析结果显示,郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落均是显著嵌套的.Spearman偏相关分析结果显示,公园面积和最小面积需求与鸟类群落嵌套程度显著相关,生境地点矩阵分析结果显示为显著嵌套,建筑指数也会影响水鸟群落的嵌套分布格局,但随机放置模型结果显示城市公园鸟类不符合被动取样假说.因此,选择性灭绝与生境嵌套是郑州城市公园全部鸟类、林鸟和水鸟群落嵌套分布格局的主要驱动因素.研究结果表明,为了更好地保护郑州城市公园的鸟类多样性,应优先保护面积较大和生境类型多的公园,以及最小面积需求大的鸟类;同时由于水鸟与林鸟对城市化的反应不同,在制定保护策略时应区别对待.

第四纪气候波动以及地理和环境隔离深刻地影响了现代植物的遗传多样性、遗传结构和地理分布格局.该研究采用分子谱系地理学的研究方法对药用植物半夏19个居群共212个个体的3个叶绿体片段psbK-psbI、atpF-atpH和trnL-F进行分析,探究半夏的遗传多样性、遗传结构、地理分布格局模式及成因,并探讨其居群历史动态.结果表明:(1)半夏总单倍型多样性Hd为0.882,总核苷酸多样性π为1.23 × 10-3,在物种水平上表现出较高的遗传多样性.(2)分子方差分析(AMOVA)结果显示,半夏遗传变异主要发生在居群间,显著的遗传分化(FST=0.909,P＜0.001)和较低的种群内遗传多样性(HS=0.134);种群间遗传分化系数NST=0.913＞GST=0.855(0.01＜P＜0.05),表明叶绿体单倍型具有明显的谱系地理结构.(3)中性检验结果显示,Tajima's D值、Fu and Li's D值以及Fu and Li's F*值均为不显著正值,Fu's Fs值为不显著负值且失配分析曲线呈双峰,表明半夏居群整体没有经历过扩张事件.(4)单倍型地理分布显示,西南地区和中-东部地区具有单倍型多样性较高,并存在特有单倍型,故推测第四纪冰期时在这两个区域存在冰期避难所.总之,通过3个叶绿体基因对不同区域半夏的分析,阐明了其遗传多样性、遗传结构和地理分布格局,为半夏优良种源的分子筛选和保护提出了科学的建议和保护策略.

堡状峰是类似城堡外貌而凸出于周围环境之上的特殊山峰,位于中国闽南乌山风景区堡状峰地貌上的乌冈栎(壳斗科)种群的表型发生了变异,其与原类型的显著不同在于叶背具宿存性黄褐色星状毛.为解释这一现象,该研究对堡状峰顶部的乌冈栎种群分布进行调查,包括其中的变异型、原始型、过渡型,以及堡状峰山脚、另一异域的典型原始型种群被研究,基于叶表皮解剖,利用方差分析统计显微性状的差异,结合生态因子,探究变异的原因及演化的可能途径.结果表明:(1)变异型在山顶西侧形成以其为优势种的常绿阔叶灌丛群落,东侧的小片灌丛以原始型为主,后者内部还有少量过渡型.(2)各种群单细胞毛状体基(STB)与复合毛状体基(CTB)在叶上表皮的密度很小甚至小于每平方毫米1个,宏观的表现为无毛.原始型、过渡型、变异型的STB密度均值在叶下表皮递增.变异型种群与原始种群相比,叶下表皮CTB或典型星状毛(Tst)的密度由每平方毫米0.481～1.122个变异至每平方毫米57.2个,宏观表现为形成密毛.气孔长宽比在原始型(1.187～1.205)至变异型(1.258)间递增.(3)方差分析结果显示,变异型叶下表皮STB与CTB密度及气孔长宽比较原始型显著增加(大)(P＜0.01),但气孔密度与尺寸在种群间未表现出规律与差异性(P＞0.05).乌山堡状峰顶的土壤贫瘠、水热条件差.综合生境与统计的结果表明,变异型乌冈栎叶背毛状体及气孔长宽比的变异具抵抗干旱或极端气温的功能.由于花粉流未曾间断,因此相比于地理隔离,特殊生境促使乌冈栎发生适应性演化应是该变异产生的主要原因.该研究为亚热带特殊花岗岩地貌促进种群分化和物种形成提供了直接的证据.

近20年来,随着分子生物学的兴起,越来越多的证据表明生命之树的各个分支中都存在大量的隐种多样性,占据未被发现的生物多样性的极高比例.准确地评估濒危类群的隐种多样性水平,不仅能更好地理解物种形成在生物多样性式样及过程中的异质性作用,而且也更有利于生物多样性的有效保护及管理.海菜花属(Ottelia)是我国二级重点保护植物,为泛热带水生植物类群,我国云贵高原及其邻近区域为该属重要的物种多样性中心之一.由于该属具有高度的表型可塑性,缺少明确的鉴别特征,致使其属下分类一直未能很好解决,这极大限制了相关保护措施的制定.因此,本研究在对我国海菜花属植物广泛采样的基础上,利用多位点联合贝叶斯方法对其进行物种划分研究.结果表明:我国海菜花属植物至少包括14种,分子证据支持将海菜花种下3个变种提升为种,同时海菜花(O.acuminata)和靖西海菜花(O.jingxiensis)内存在隐种现象.喀斯特地区的异质性生境及西南地区水系间的地理隔离可能是我国海菜花属特有类群快速分化的主要原因.基于本研究结果,我们建议将各分类群(包括存疑类群)分别作为独立单元就地保护.

为探索地理隔离对鲇楚克拉虫(Zschokkella parasiluri Fujita,1927)株系分化的影响规律,研究对鲇楚克拉虫进行了广泛采样并获得了鲇楚克拉虫重庆沙坪坝株系(S3)、重庆渝北株系(S4)、重庆秀山株系(S5)、贵州铜仁株系(S6)及河南信阳株系(S7)等5个地理株系,其中重庆秀山、贵州铜仁和河南信阳为鲇楚克拉虫的地理新记录.基于形态与18SrDNA分子数据对鲇楚克拉虫不同地理株系进行了比较研究.结果表明,研究获得的鲇楚克拉虫5个地理株系的形态与原始报道及已发表的其他株系一致,主成分及显著性差异分析进一步显示,5地理株系间(S3-S7)形态量度无显著差异.联合已有分子信息的湖北株系(S1)和重庆渝北株系(S2)进行遗传学比较分析,结果显示7株系间(S1-S7)18SrDNA序列相似度为98.7％-100％,遗传距离为0-0.006.这表明,鲇楚克拉虫不同地理株系间已有一定程度的遗传分化.系统发育分析表明,鲇楚克拉虫各株系间并未形成地理种群特有的单系,地理隔离可能并非鲇楚克拉虫株系分化的决定性因素.

随着嘉陵江航道渠化工程建设逐步完成,由此造成的嘉陵江水生生境破碎化、鱼类资源衰退等问题日益凸显.在这种情形下,鱼类的遗传多样性是否受到影响,是非常令人关心的问题.2018年7-12月于嘉陵江干流朝天区(CT)、苍溪县(CX)、蓬安县(PA)、合川区(HC)4个区域采集蛇鮈(Saurogobio dabryi)样本113尾,以线粒体控制区序列和微卫星位点为分子标记,研究梯级水利工程背景下蛇鮈种群的遗传多样性与遗传结构.结果显示:在遗传多样性分析中,无论是线粒体数据还是微卫星标记,下游江段HC种群的遗传多样性参数(PIC=0.543,π=0.0264,Hd=0.940)均显著高于中上游江段CT、CX和PA种群,推测这种现象可能与HC种群地处于长江干流交汇口有关;相反处于上游江段的CT种群的遗传多样性和单倍型数量均较高,推测可能与近期种群扩张有关;在种群结构分析中,CT、CX和PA处于同一分支,HC种群成为独立一支,单倍型网络图和系统发育分析显示同样结果,推测与水利工程导致的地理隔离与开闸放水形成向下的基因流向有关.