入侵种被传至一个新的区域后,在面对当地某些生态因子的胁迫时如何发生适应性变化,是入侵生物学研究的一个重要课题.这方面信息对评价物种的入侵性、制订防控策略具有重要指导意义.入侵性蚂蚁作为无脊椎陆生动物中入侵最成功、危害最严重的一类,其生物学、生态学已得到大量研究,许多报道表明它们在定殖和扩张过程中会发生适应性变化.基于30多年的文献资料,从蚁群社会结构、超级蚁群形成能力、个体大小、觅食行为、种间竞争、天敌防御、适应低温能力、生态位转变等多个角度进行了全面总结,并针对这些方面适应性变化的机制,从表型可塑性、适应性进化、自身遗传学基础、与共生微生物的互利关系等角度进行了剖析.提出了今后有待重点研究的几个问题.将有助于深化对蚂蚁成功入侵机制的认识,为推进我国红火蚁(Solenopsis invicta Buren)、小火蚁(Wasmannia auropunctata Roger)等入侵性蚂蚁的研究与治理提供参考.

生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要.表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能,目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚.本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus semicordata)雄花期果内的传粉榕小蜂窝榕小蜂(Ceratosolen gravelyi)为研究对象,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)解析雨季、雾凉季和干热季中雌、雄成虫表皮碳氢化合物的种类及含量,运用非度量多维尺度排序、相似性分析、置换多元方差分析和随机森林等方法分析了窝榕小蜂表皮碳氢化合物对不同季节变化的响应机制.结果表明:(1)窝榕小蜂表皮碳氢化合物由34种C7-C44的化合物组成,包括正链烷烃、甲基烷烃、烯烃和甲基烯烃;其中角鲨烯(squalene)、2-甲基二十八烷(2-Me-C28)、正三十四烷(n-C34)、正三十六烷(n-C36)和正四十四烷(n-C44)为主要成分(＞5％).(2)不同性别窝榕小蜂表皮碳氢化合物的组成及含量存在显著差异,正四十二烷(n-C42)、17-三十五烯(17-C35∶1)、1-二十九烯(C29∶1)、2-Me-C28和角鲨烯是造成两性差异的重要贡献量化合物.(3)雌、雄成虫表皮碳氢化合物均具有明显的季节变化:在干热季中,雌蜂正链烷烃(n-C34、n-C36和n-C44)的比例及碳氢化合物的总绝对含量增加,2-Me-C28和角鲨烯的比例降低;雄蜂甲基烯烃的比例增加,正链烷烃和甲基烷烃的比例降低,碳氢化合物总绝对含量无明显变化.本研究发现窝榕小蜂表皮碳氢化合物具有明显的性二型和强烈的季节可塑性,2-Me-C28和角鲨烯可作为雄蜂配偶识别时的候选性信息素;雌、雄成虫在适应高温和/或干燥的气候条件时存在差异化响应,表明窝榕小蜂两性表皮碳氢化合物在不同季节变化中采取不同的适应性策略.本研究揭示了榕小蜂应对不同气候环境的化学适应机制,为研究昆虫双重性状和理解生态适应与物种形成之间的功能联系奠定了化学基础.

为深入了解树冠位置对植物叶形态性状的影响,在常绿乔木香樟树冠上下2 层和东南西北4个方位开展调查取样,系统分析了不同树冠位置间叶形态性状(叶长、叶宽、叶厚、叶柄长、叶柄直径和叶形指数)及其异速生长关系的差异性.结果表明,叶形态性状在不同树冠方位间均差异显著,但上下2层变化趋势不完全一致.在树冠上层,除叶形指数和叶炳长外,其余4个性状均表现为东侧最大.在树冠下层,除叶形指数外,其余 5个性状指标均表现为东侧最小.在同一方位上,叶形态性状在上下2层间也存在一定差异,其中叶形指数多为下层高于上层,而其他形态性状多呈相反趋势.此外,树冠层次和方位的交互作用对叶片长、叶片厚、叶柄长和叶柄直径有显著影响.各层次和各方位叶形态性状间多为异速生长关系(即异速生长指数不等于 1),且多无显著差异.在所有树冠层次和树冠方位,叶宽与叶厚、叶宽与叶炳长、叶长与叶厚及叶长与叶柄长之间均呈异速生长关系.可见,树冠位置对香樟叶形态性状的影响较大,但形态性状间的异速生长关系相对稳定,这是香樟叶形态性状表型可塑性和内在关系稳定性的重要体现.

为揭示准噶尔山楂(Crataegus songarica K.Koch)对海拔高度变化的响应,以新疆伊犁果子沟不同海拔(1 100～1 700 m)的准噶尔山楂作为研究对象,分析其叶片功能性状及解剖结构差异.结果显示:(1)随着海拔的升高,准噶尔山楂的叶长、叶宽、叶面积、比叶面积、叶绿素含量呈降低趋势,叶长宽比、比叶重、叶干物质含量呈上升趋势,比叶重可塑性最强.(2)随着海拔升高,叶厚、栅栏组织厚度、上下表皮厚度呈上升趋势;主脉厚度、突起度呈下降趋势,主脉突起度可塑性最强.(3)叶面积与叶长、叶长宽比、比叶面积呈正相关;叶厚与上下表皮厚度、主脉突起度等呈正相关.研究结果表明,准噶尔山楂在高海拔区域主要通过增加叶厚和叶干物质含量以提高抗逆性,减少叶面积、叶绿素含量来降低高光强对叶片的伤害;在低海拔区域主要通过增加叶面积、叶绿素含量来促进有机物的积累.

氮是影响植物生长的重要营养物质元素,生物量分配模式和功能性状反映植物在不同环境中的适应性策略,揭示不同种源个体对氮沉降的生态响应,有助于阐明植物对氮沉降的适应机制.该研究以刨花楠(也称刨花润楠,Machilus pauhoi)典型分布区福建万木林、福建茫荡山、江西遂川、浙江建德、湖南茶陵、江西安福6个种源地的刨花楠苗木为对象,通过设置施肥和不施肥处理,探讨氮添加、种源及其交互作用对刨花楠苗木生物量分配与功能性状的影响.结果表明:1)氮添加会显著促进刨花楠苗木的生物量累积及其相对生长速率,建德种源苗木在施氮处理后长势最好;氮添加对各种源苗木生物量分配的影响表现不同,添加氮会显著增加建德和安福种源苗木叶质量分数及万木林和安福种源苗木的叶茎比.2)氮添加对各种源苗木叶性状的影响存在差异;施氮会显著降低建德、茶陵和安福种源苗木的比叶面积,增加茶陵种源苗木的叶面积及叶片氮磷比.3)各种源苗木细根主要功能性状对氮添加的响应也存在差异;施氮会显著降低建德种源苗木的细根平均直径及遂川、建德和安福种源苗木的根组织密度,但却会增加万木林种源苗木根组织密度、茫荡山和建德种源苗木的比根长及遂川和建德种源苗木的细根比表面积;氮添加显著增加安福种源苗木的细根氮含量,降低万木林、茫荡山和遂川种源苗木的细根磷含量,并使各种源苗木细根氮磷比均显著高于对照.4)不同种源间刨花楠苗木细根和与生物量分配相关的表型可塑性相对高于叶片表型可塑性,其中建德种源苗木的表型可塑性最高,遂川种源苗木表型可塑性最低.5)结构方程模型表明,种源与氮添加对刨花楠苗木生长影响显著,氮添加通过影响叶茎比和叶片氮磷比进而对生长产生影响,种源则通过影响其比叶面积与细根比表面积进而影响其生长.不同种源间刨花楠苗木生长、生物量分配及主要功能性状对氮添加的生态适应策略具有差异性,其中建德种源苗木更适应外界环境的变化,这是其长期适应种源地环境的结果.研究结果可为我国受氮沉降影响的亚热带区域开展刨花楠优良种源选择等提供理论依据.

为了解复叶内小叶性状随叶序的分布格局,以小兴安岭3种具有对生叶序的复叶植物水曲柳、黄菠萝和胡桃楸为研究对象,通过测定复叶内不同叶序位置小叶的叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度(栅)、海绵组织厚度(海)、栅海比以及碳、氮、磷含量,探讨小叶性状随叶序的变异规律及叶序对小叶性状间内在联系的影响.结果表明:3种树小叶的叶面积、叶干物质含量、海绵组织厚度、栅海比随叶序的变化规律主要分为3种:增加、减小、先增加后减小;叶厚、比叶面积、栅栏组织厚度随叶序无明显变化;碳、氮、磷含量随叶序以无明显变化为主.3种树的复叶内部,叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比的变异系数和可塑性指数变化范围分别为6.1％～28.6％和0.14～0.70.叶序对小叶性状间的双变量相关关系产生显著影响,小叶干物质含量与比叶面积在水曲柳和胡桃楸不同叶序位置呈现负相关,氮含量与磷含量在水曲柳和黄菠萝不同叶序位置呈现正相关.胡桃楸的一、二级小叶(离叶柄基部最远端为一级小叶)表现为保守策略,七、八级小叶表现为获取策略,而水曲柳和黄菠萝不同叶序位置的小叶未表现出明显不同的生态策略.

旱地小麦在进化过程中经受了自然和人工的双重选择,其中人工选择在品种驯化和改良过程中扮演了关键的角色.本文综述了人工选择下旱地小麦进化特征、生理可塑性、形态可塑性和种群属性演变等几个相对独立、但又相互联系的问题,探讨了旱地小麦适应逆境胁迫的生理生态机理,并勾画了其进化路线.在旱地小麦从二倍体到六倍体的漫长进化历程中,自然选择对小麦适应外界环境起到关键作用;随着人工选择的介入,以产量为主要目标的性状选择不断得到强化,从群体上呈现适应逆境的形态特征.人工选择下旱地小麦的水分及养分利用效率不断提升,生物量分配呈现出地下部减少、地上部增加的分配特征,对密度胁迫和高温胁迫的耐受性不断增强,但单位面积光合速率呈逐渐降低趋势.旱地小麦生产是复杂的群体过程,而非简单的个体反应.人工选择提高了旱地小麦的种群适合度和个体繁殖分配,强化了与环境的协同性,却弱化了其自然种群属性.本文还对旱地小麦的进化图进行了描绘,对气候变化下旱地小麦育种和栽培管理提出几点建议.

树木叶水力和光合性状的变异性及权衡策略对评估和预测气候变化对树木的存活、生长及分布至关重要.在帽儿山森林生态站27年生兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林从山谷至山脊设立一条由5个样地组成的全坡位样带,测量兴安落叶松黎明前叶水势(Ψpre)、基于叶面积和叶质量的水力导度(Karea和Kmass)、抗栓塞能力(P 50)、比叶质量(LMA)、净光合速率(A)、叶氮含量(N)等叶水力和光合相关参数, 探索其叶性状随立地条件的变异性和相关性.结果表明: 不同样地的Ψpre、Karea、Kmass、P 50、A、LMA和N均存在显著差异(p<0.05),表明叶性状随立地条件变化而表现出显著的种内变异性.Ψpre和Karea或Kmass均与P 50显著相关(p < 0.05),表明兴安落叶松种内存在一定的水力效率与安全权衡关系.A、LMA和N均存在成对相关关系(p <0.05).然而, 水力性状与光合性状之间相关不显著.兴安落叶松响应于立地条件变化而表现出的叶水力和光合性状的可塑性和多重相关性, 是该树种的一种生存生长策略.

物种之间的间接作用关系是维持生物群落结构以及生态系统功能的关键因素.目前的理论模型和实验性研究均认为,物种间接作用的传递主要是由物种的密度变化所引起.但大量的实验证据表明,生物个体在形态、生理、行为和生活史性状的适应性变化,是物种间形成间接互作关系的另一个重要机制.生态学家把这种基于物种性状调控的种间关系称为性状调节的间接作用.深入了解性状调节的间接作用类型,发生机制和作用途径,有助于阐释自然界中多物种种间关系的复杂性和多样性形成机制.对性状调节的概念和性状的分类进行系统的总结,指出性状可塑性和物种特异性是物种间性状调节关系形成的两个重要机制.与其他类型的种间互作一样,性状调节的种间作用是驱动物种进化的重要力量.此外,分析了性状调节在自然群落中传递的几个重要途径,并强调这些间接作用在影响和调节生态系统功能和过程中的重要作用.最后,就性状调节种间关系的研究对象、研究尺度、以及研究方法等问题提出若干建议,为今后对这一问题的研究提供相关参考.

竞争力增强进化假说(Evolution of Increased Competitive Ability,EICA)认为入侵植物在入侵地由于天敌逃逸导致对天敌防御投入降低而增加生长和繁殖等投入.然而,EICA假说所预测防御能力的进化主要集中在防御的组成抗性方面,而从诱导抗性和耐受性的角度进行的验证还很有限,并且忽视了生境资源可利用性对植物防御策略的影响.本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)原产地(阿根廷)和入侵地(美国)各9个种群,在高、低养分和有、无专食性天敌取食处理下的防御相关功能性状(比茎长、根冠比)及其对天敌取食的诱导反应,以及它们与植物适合度相关指标的关系.结果表明:入侵地种群具有较高的总生物量(+14.7％)、较低的比茎长(防御钻茎化蛹天敌的重要指标,-27.5％),暗示其个体大小增加而防御投入降低,符合EICA假说的预测.入侵地种群耐受性与原产地种群没有显著差异.在高养分下,入侵地种群的比茎长对专食性天敌取食的诱导反应显著增加,且与总生物量呈显著正相关.这些结果表明,相比原产地种群,入侵地种群具有更高的生物量,对专食性天敌的组成抗性降低,且在高养分下对专食性天敌的诱导抗性增加,推测生境的养分富集可能会降低喜旱莲子草的生物防治效果.