在高等植物的生长发育过程中,根尖分生组织和茎尖分生组织不断分裂分化产生根系、茎、叶和花等器官,分别形成植物的地上和地下部分.小肽是胞间通讯的关键信号分子之一,参与了植物生长发育、抗病抗逆等诸多生命活动,其中包括植物根尖和茎尖分生组织的干细胞活性调控,进而影响了植物器官的生成和发育.近年来,越来越多的研究揭示了小肽分子在分生组织维持和发育中的重要性,及其在多种作物农艺性状调控中的关键作用.本文综述了小肽及其受体在拟南芥和作物中维持分生组织稳态的分子机制,探讨了小肽对作物产量性状的影响及在作物改良中的应用策略,并对小肽领域的研究方向进行了分析和展望.

功能性状能单独或联合反映植物对环境变化的响应和适应策略并影响生态系统功能,探究河漫滩湿地植物功能性状及其空间特征,对理解河漫滩湿地植物的生态适应性机制具有重要意义.该研究选取武汉周边5条河流,对30种常见湿地草本植物的10个功能性状进行测定,对性状之间的相关关系、性状空间质量、性状重要性及物种在空间的分布进行了分析.结果显示,植物功能性状变异较大,性状与性状之间关联较弱;在功能性状空间中,当维度从1维增加至4维时,空间质量快速上升,6维空间质量最高;综合降维及空间质量,分析了4维性状空间的特征,在4维空间中,寿命、地下茎、株高、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶氮含量以及叶碳含量与性状功能轴存在显著的相关关系,对功能性状空间的构建具有重要作用;16种植物位于凸包顶点,其中有10种植物出现频率较高,表明大部分湿地植物在性状上都有一定的独特性,在塑造性状空间中有重要作用.

物种丰富度对生态系统的稳定和健康有着重要意义,菌根类型是影响生态过程的一个重要因素,目前缺乏对菌根类型影响林下草本植物物种丰富度及其对环境变化响应的认识.本研究基于美国1604个丛枝菌根(AM)森林、4654个外生菌根(ECM)森林和5568个AM+ECM型森林的草本植物群落物种丰富度和环境因素数据,探讨菌根类型对物种丰富度及其对环境变化响应的影响.结果表明:不同菌根类型森林的草本植物群落物种丰富度间有显著差异,含有AM优势植物越多的森林的草本植物丰富度越高,这一结果为菌根介导假说提供了有力的证据.环境因子(纬度、温度、降水、氮沉降及土壤性状)对森林草本植物群落物种丰富度的影响也随菌根类型的不同而有着较大差异.在AM型、ECM型和AM+ECM型森林植被中,林下草本植物群落的物种丰富度分别受氮沉降、温度和土壤pH的影响最大,这些因素的相对重要性高达42.3％、41.1％和48.7％.森林优势植物的菌根类型在调节林下草本植物群落物种丰富度方面有着重要作用,且影响着群落物种丰富度对环境变化的响应.

为了探究葡萄种质资源果实香气成分的遗传多样性,以62份葡萄种质资源作为试验材料,采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术检测样品中的挥发性物质,进行显著性分析.鉴定葡萄种质资源幼叶上表面颜色、幼叶上表面光泽、幼叶花青素着色和成熟果肉香味等8个农艺性状,将其与挥发性物质进行相关性分析,并进一步通过非度量多维尺度分析(NMDS,non-metric multidimensional scaling,stress＜0.2)和正交偏最小二乘-判别分析(OPLS-DA,orthogonal partial least squares-discriminant analysis)筛选出特征挥发性物质.结果表明,在62份葡萄种质资源中共检测到7类99种挥发性物质,主要是醇类、酯类和萜烯类,含量分别为13.83 mg/L、13.53 mg/L、8.99mg/L.各类挥发性物质之间存在显著的差异.8个农艺性状与香气物质相关性分析结果显示,幼叶上表面颜色、上表面光泽、花青素着色、果皮颜色、果肉香味与萜烯类、酯类及酮类具有显著相关性.非度量多维尺度分析可以明显区分幼叶花青素着色极弱的种质和幼叶花青素着色中的种质.以变量投影重要性VIP(Variable importance in projection)＞1,P＜0.05为标准,筛选到17种主要的挥发性物质,其中正己酸乙酯的VIP值最高(4.07),萜烯类中橙花醇VIP值最高(2.07).本研究结果可为改善浆果香气品质性状和葡萄种质资源的创新提供一定的理论参考.

气候变化为粮食生产、生态系统的稳定性带来了重要的挑战.在极端气候变化下,发展适应性物种是作物遗传育种的重要目标之一.作为重要的作物之一,玉米在经历强烈的驯化瓶颈之后,已经丢失了大量的遗传多样性,特别是一些与生物和非生物胁迫相关的位点.在野生种和农家种中寻找玉米驯化过程中丢失的遗传多样性,并将其应用于现代遗传育种中,将为适应性新品种的创制提供新的契机.本文在对大刍草(玉米野生近亲)的发现及分类研究进行介绍之后,进一步总结了大刍草和玉米的性状与基因组差异,并综述了目前基于遗传学、群体遗传学、分子生物学等对大刍草和玉米之间差异遗传机理剖析的进展,多角度表明了大刍草在玉米遗传学研究中的重要性.最后,对未来气候变化下大刍草在玉米育种中的重要性提出了展望.

对286份甘蓝型油菜品系进行苗期耐盐碱性鉴定,通过水培试验,测定盐碱胁迫处理下叶片数、绿叶数、绿叶比、株高、根长、根重等指标,通过盐碱胁迫综合评价值(D值)、极端材料筛选分析、相关性、主成分、隶属函数、频数分析和逐步回归分析法,对不同基因型的油菜种质建立苗期耐盐碱性综合评价模型并筛选出适宜的评价鉴定指标.盐碱胁迫下,叶片数与株高呈负相关,两者的相关系数未达到显著性,其他性状之间均呈正相关并达到了显著或极显著水平.利用主成分分析法将7个耐盐碱指标综合为4个主成分,可代表油菜耐盐碱性88.349％的原始数据信息量.依据4个主成分的相对重要性(权重)进行加权,得到不同基因型的耐盐碱性综合评价值(D值).结合隶属函数分析和极端材料筛选分析,筛选出4份耐碱盐的甘蓝型油菜种质和4份盐碱敏感种质.逐步回归分析结果表明,在油菜苗期测定其绿叶数、绿叶比、地上重、根长和根重,通过回归方程估算其D值,可以初步判断甘蓝型油菜种质资源耐盐碱性.

生物多样性对维持多种生态系统功能和提高群落抵抗扰动能力具有重要意义.选择效应和生态位互补效应是被广泛讨论的维持生态系统功能的两种机制.然而,对于两种机制在气候变化背景下如何维持森林生态系统多功能性(EMF)的理解还不充分.该研究基于分布在中国东北寒温带和中温带天然森林的样地,以功能性状多样性(FDq=0)、单个和多维性状功能分散指数(FDis)代表生态位互补效应,群落加权平均性状值(CWM)代表选择效应,使用多元线性模型和偏最小二乘法路径模型(结构方程模型),探究气候变化背景下不同气候区内EMF的主要影响因子和驱动机制.主要结果有:(1)在中温带森林中,生物多样性的两种属性(树种多样性(SR)和FDq=0)都对EMF有显著的正效应,但FDq=0比SR更重要.在寒温带森林中,没有识别到生物多样性与生态系统多功能性之间的显著关系(BEMF).(2)中温带森林群落SR对EMF的正效应被性状差异和群落加权平均最大树高(CWMHmax)介导,选择效应和生态位互补效应两种机制同时维持EMF,选择效应略高于互补效应.CWMHmax是影响寒温带森林EMF的主要生物因素,选择效应是寒温带森林EMF的主要维持机制,SR对EMF的促进作用不显著,性状差异与EMF无关.(3)由于生物多样性的"保险效应",中温带森林抵抗气候变化的能力更强,气候因素对SR、性状差异、CWMHmax和EMF的影响都不显著.寒温带森林对气候变化敏感,气候是影响EMF的重要非生物因素.更高的年平均气温和降水量显著改变了群落的性状组成(CWMHmax),稀释了具有高竞争力和适应力性状(例如,最大树高(Hmax))的物种对生态系统功能的贡献,降低了选择效应.该研究结果强调了生物多样性对维持森林EMF的重要性,证明了选择效应和生态位互补效应都是中国东北温带森林EMF的驱动机制,并表明气候变化可能会通过改变寒温带地区森林群落性状组成(例如,CWMH接影响EMF.

中华蜜蜂为多种植物传粉,具有重要的生态服务价值.为进一步了解中华蜜蜂选择蜜粉源植物的多样性与特征,采用聚合酶链式反应(PCR)、DNA条形码、高通量测序等技术,研究了源自陕西宝鸡、贵州望谟和广西凤山蜂巢蜜中的花粉来源.通过对样品花粉rbcL基因片段扩增及测序、分析,发现各样本间可操作分类单元(OTU)水平上蜜粉源植物Alpha多样性指数无显著差异,同一地点样品不同重复间存在较高的相关性,而不同地区样本相关性较低.三地共鉴定出27目46科71属82种蜜粉源植物,其中宝鸡市、望谟县、凤山县样本中分别鉴定出57种、30种和40种,各地蜜粉源植物的物种组成存在较大差异.这些蜜粉源植物中,菊目植物种类最多,其次为毛茛目,分别有12种和7种.其中草本植物和木本植物(含乔木、灌木和木质藤本等)分别有44种和38种.研究对蜜粉源植物花序特点进行了分析,但并未发现相关性状对中华蜜蜂选择具有的影响.从属的区系成分分析,总体上温带分布区类型的植物属多于热带分布区类型的属,所占比例分别为46.5％和36.6％,但在凤山县样本中出现热带分布区类型多于温带分布区类型的情况.在不同样品中,红足蒿(Artemisia rubripes)、向日葵(Helianthus annuus)、芜青(Brassica rapa)、粗糠柴(Mallotus philippensis)、枇杷(Eriobotrya japonica)等分别占有一定优势,其与中华蜜蜂的关系值得进一步研究.根据蜜粉源植物的系统进化关系,中华蜜蜂访问的蜜粉源植物处于不同进化地位的分支,其中在菊类分支和蔷薇类分支比较集中.研究揭示了中华蜜蜂传粉植物组成特点,为进一步认知中华蜜蜂传粉服务功能的重要性提供依据.

土壤微食物网生物是影响土壤养分循环的重要驱动因素,其对植物生长和土壤养分的影响大于广受关注的土壤微生物.通过土壤生物添加实验,对比分析了在土壤微食物网生物添加、土壤微生物添加和灭菌土壤三种处理条件下,湿生草本植物小星穗薹草的生物量、形态和生理性状以及土壤养分含量等指标,以探究土壤微食物网生物和土壤微生物对植物生长和土壤养分的差异性影响.结果表明,土壤微食物网生物对植物的促进作用显著大于土壤微生物的作用.土壤微食物网生物未改变植物的根系性状,而土壤微生物使植物的根系形态发生明显改变.不同土壤生物添加处理的土壤有效养分含量也存在显著差异.该研究证明了土壤微食物网生物更有利于植物生长.研究结果为深入认识土壤微食物网生物对植物生长和土壤养分周转的重要性、推动植物与土壤生物相互作用过程和影响机制研究提供了新视角和可靠数据.

草原灌丛化通过改变物种之间的相互作用深刻影响着群落的结构和功能.然而,当前有关灌木如何影响不同功能群草本植物对矿质元素吸收和累积的研究仍明显不足.在内蒙古草原沿干旱梯度选取了 4 个研究地点,对比分析了小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛斑块内和斑块外群落中禾草和非禾草功能群植物叶中矿质元素浓度以及地上生物量生产的差异,旨在阐明干旱和灌木对群落草本植物叶元素累积的影响,揭示灌草间相互作用的元素利用特征及其随干旱梯度的变化.结果显示:1)随干旱加剧,灌丛斑块内的非禾草功能群植物地上生物量保持恒定,但叶中的K、Ca、Mg、Fe、Mn和Cu元素浓度显著增加(P<0.05).该结果表明群落中的非禾草功能群植物通过提高叶中的矿质元素水平来抵御和适应干旱胁迫.2)随干旱加剧,灌丛对非禾草功能群植物地上生物量,叶中Ca、Fe、Cu和Zn,禾草功能群植物叶中的P的累积影响从负(RII<0)或中性(RII= 0)转变为正效应(RII>0).该结果与胁迫梯度假说相符,表明灌木对草本植物的促进效应随干旱胁迫加剧而增加.3)灌丛的"沃岛"效应是驱动灌木对草本植物元素累积正效应的主要机制.研究结果揭示了锦鸡儿属灌木的促进效应在维持内蒙古干旱、半干旱草原群落植被物种共存和生态系统功能稳定中的重要性.