在贵州赤水桫椤国家级自然保护区的亚热带常绿阔叶林中设置0.96 hm2的固定样地进行调查,将2299株乔木按树高分级(林木下层、中层、上层),进行空间定位并记录胸径和冠幅等个体指标.采用基于个体间距离的对数相关函数(Pair-correlation functions,PCF)和基于个体胸径、冠幅的标记点格局分析(Marked correlation functions,MCF)空间统计方法检测不同高度层内和层间的空间分布格局和潜在的竞争,结果表明:(1)样地内上层树种呈现随机分布,中下层树种在0-6 m的小尺度内呈聚集分布,在层间关系上表现为0-1 m尺度下显著的正相关关系.(2)在群落内上层个体中没有检测到显著的层内竞争,也未发现其与中、下层树种存在层间竞争关系.(3)群落中、下层树种的层内和层间竞争对两者间空间分布格局和个体大小均产生了一定影响,其相邻个体的胸径和冠幅呈现显著负相关关系.这说明在贵州赤水地区常绿阔叶林中群落中不同层次个体处于不同演替阶段,群落内层内和层间竞争对个体较大的林木上层物种的影响已经非常微弱,而主要发生在中、下层树种内,导致了个体较小的中下层更新树种在层间和层内都出现了小尺度下聚集分布格局,这解释了研究地内不同高度级别树种间竞争关系与共存策略,也验证了标记点格局分析方法在检测植物群落竞争中的敏感性.

丹霞梧桐(Firmiana danxiaensis)是分布于我国韶关地区北部丹霞地貌的特有物种,其分布范围狭窄,种群数量小.本文利用EST-SSR分子标记位点,分析丹霞梧桐群体(丹霞山组群和南雄组群)的遗传多样性和遗传结构,研究群体的分化历史,探讨该物种的可能分布和科学保护策略.结果表明:丹霞梧桐总的遗传多样性中等(Ht=0.631),群体内遗传多样性较高(Hs=0.546),遗传变异主要存在于群体内(79.66％),但不同地理组群间存在显著的遗传分化(FST=0.150).长期地理隔离和现代人为干扰是形成丹霞梧桐当前遗传变异模式的主要原因.STRUCTURE分析可将研究群体划分为清晰的两个基因库(gene pool),其遗传结构与系统发育地理格局之间有密切关系.丹霞梧桐不同地理群体经历了独立的进化路线,但丹霞山群体的杂合性高,遗传背景更为复杂.近似贝叶斯运算法(Approximate Bayesian Computation,ABC)分析表明,丹霞山和南雄地理群体在10万年前由同一个祖先群体分化而来,分化时有效群体大小分别为7,290和5,550.结合丹霞梧桐的遗传变异和生态位信息,可推测丹霞梧桐曾广泛分布于南岭地区,受第四纪第三次亚冰期的影响,南岭北部的丹霞梧桐群体因气候剧烈变化而灭绝,仅在南岭南部适宜的环境中得以保存并繁衍至今,丹霞山和南雄是丹霞梧桐最主要的两个冰期避难所.在全面掌握丹霞梧桐的自然分布,开展就地保护的基础上,通过建立种质资源圃、人工种苗扩繁、自然回归试验等措施,对于该物种的异地保护、种群恢复和开发利用具有重要意义.

谱系地理学研究旨在探究历史上发生的影响目前遗传谱系系统发育和空间分布格局关系的生态与进化过程.叶绿体DNA具有单亲遗传、低突变率、单倍体等特征,其分子标记不同程度地保留着植物长期进化的历史遗传痕迹,有助于深度解析谱系地理变异的形成机制.本文探讨了上述特征是怎样影响分子标记的选择、扩大或缩小群体遗传结构分化、延长或缩短空间基因溯祖时间、促进或阻碍种间基因渐渗及谱系分选(复系、并系和单系形成)进程,重点阐述了这些影响过程的理论基础,并结合实际例子阐述谱系地理研究进展.由于位点间在突变率、选择强度及它们与漂变互作等方面存在异质性,今后一个研究重点就是基于叶绿体全基因组序列分析谱系地理变化格局,包括分析DNA位点间的基因渐渗或基因流动程度差异分布及沿着叶绿体DNA序列上谱系分选差异分布.

滇白珠是我国重要的民族药用植物,广泛分布于长江以南地区,是一个分类困难的复合群.为了探讨其种下分类关系,该文对滇白珠复合群(包括毛滇白珠、秃果白珠和滇白珠3个变种)进行网罗式采样,基本覆盖了该复合群在中国的分布范围,同时包括菲律宾和马来西亚的各1个居群,共计81个居群241个个体,通过联合两个变异位点适中的叶绿体片段rpl33-psaJ和trnL-rpl32,构建基于最大似然法(Maximum Likelihood)和贝叶斯法(Bayesian Inference)的系统发育树,以及Neighbor-Net法构建系统发育网络.结果表明:滇白珠复合群内具有明显的遗传差异,这种差异性相比形态,与地域分布相关性更大.系统发育分析显示,滇白珠复合群分为3个支系.其中:一支包括中国台湾和菲律宾南达沃的居群,为变种秃果白珠,符合前人分类结果;一支包括分布于横断山脉区域的居群,由变种毛滇白珠和滇白珠组成;剩余一支包括分布于华东南区域的居群,同样由变种毛滇白珠和滇白珠组成.分子证据支持基于形态分类的秃果白珠作为变种,而不支持毛滇白珠作为变种的处理.这样的遗传分化式样可能是由地理隔离导致,这一结果为民族药滇白珠的种质资源评价和保护利用奠定了分类学框架.然而,变种滇白珠居群间的谱系发生关系却尚未得到很好地解决,特别是无法明晰华东南大部分居群间的遗传分化格局,需要进一步补充样本通过谱系地理学手段,并寻找分辨率更高的核基因分子标记进行更深入的研究.

为了解黄河三角洲滨海湿地芦苇、碱蓬群落内的种群相互关系、多样的生态策略,通过重复取样的调查方法,运用多种汇总统计函数分析了黄河入海口处以黄河河道为基轴向北延伸至海边的三个不同区域的芦苇和碱蓬混生种群的种群结构和空间点格局.结果 表明:黄河边碱蓬和芦苇在全部尺度上趋于聚集分布;中部滩涂湿地碱蓬在2-35 cm尺度上呈现聚集分布,在1cm以及36-45cm尺度上呈现随机分布,在其他尺度呈现均匀分布,芦苇在3-4 cm以及15 cm、20 cm尺度上呈现聚集分布,其他尺度上呈现随机分布;近海区域碱蓬在全部尺度上呈现随机分布,芦苇在0-16 cm、21-25 cm以及44-46 cm尺度上呈现随机分布,在其他尺度呈现聚集分布.黄河边芦苇和碱蓬种群种间关系趋于负相关,种群之间相互排斥,在中部滩涂湿地和近海区域两种群无关联,仅在近海区域28-31 cm尺度出现正相关关系.黄河边两种植物的点格局分布以及种间关系与其他两个区域存在明显差异,需进一步开展相关实验深入了解黄河三角洲滨海湿地环境因素对芦苇、碱蓬混生群落点格局的影响.

水分是生态系统的重要因子,水同位素自然示踪和人工标记是研究生态系统水循环过程的重要方法,利用水同位素所具有的示踪、整合和指示等功能特征,通过测量和分析生态系统中不同组分所含水分的氢氧同位素比值的变化情况,可实现生态系统蒸散发的拆分、植物水分来源判定和叶片水同位素富集机理研究,是研究生态系统水循环过程机理和生态学效应不可或缺的技术手段.该文首先简要回顾了生态系统水同位素发展和应用的历史,在此基础上阐述了水同位素技术和方法在生态学研究热点领域应用的基本原理,概述了水同位素在植物水分来源判定、蒸散发拆分、露水来源拆分、降水的水汽来源拆分以及17O-excesS的研究进展,并介绍了植物叶片水富集机理及基于稳定同位素的碳水耦合研究.最后,指出了水同位素研究亟待解决的问题,展望了水同位素应用的前沿方向,旨在利用水同位素分析加深对生态系统的水分动态、植被格局和生理过程的理解.

目的 基于ISSR分子标记研究地黄Rehmanniaglutinosa栽培品种与野生群体遗传多样性,比较它们的遗传多样性差异,构建它们之间亲缘关系,为地黄种质资源保护及新品种选育提供参考.方法 应用ISSR分子标记技术对地黄栽培品种,野生群体及其近缘种106个样品进行分析,利用POPGEN软件分析Nei's基因多样性指数(H)等遗传信息参数,应用NTSYS软件构建亲缘关系UPGMA聚类图.结果 7条引物在所有取样群体中,共检测到85个位点,其中多态性位点83个,多态位点百分率(PPB)为97.65％.地黄栽培品种与野生群体及其近缘种的种群间H值为0.265 9,Shannon's多样性信息指数(Ⅰ)为0.412 5.地黄栽培品种的多态性位点26个,PPB为30.59％.河南省地黄野生群体多态性位点71个,PPB为83.53％.ISSR聚类分析结果显示地黄栽培品种,野生群体及其近缘种共分成7个组.结论 ISSR分子标记揭示地黄野生群体比栽培品种具有更高的遗传多样性,河南分布的野生地黄群体的遗传多性高于其他地区,与其作为栽培地黄的道地产区,具有一定的相关性.地黄野生群体间亲缘关系与其地理分布格局并无明显相关性.

近年来,分子钟定年方法(molecular dating methods)得以广泛运用,为宏观进化研究尤其是生物多样性及其格局形成历史的相关研究提供了不可或缺且十分详尽的进化时间框架.贝叶斯方法(Bayesian methods)和马尔可夫链蒙特卡罗方法(Markov chain Monte Carlo)可容纳多维度、多类型的数据和参数设置,因此以BEAST、PAML-MCMCTree等软件为代表的贝叶斯节点标记法(Bayesian node-dating methods)逐渐成为分子钟定年方法中最为广泛使用的类型.贝叶斯框架的优势之一在于其可以利用复杂模型考虑各种不确定性因素,但是该类方法中各类模型和参数的设置都可能引入误差,从而影响进化分化时间估算的可靠性.本文介绍了贝叶斯分子钟定年方法的原理和主要类型,并以贝叶斯节点标记法为例,重点讨论了分子钟模型、化石标记的选择与放置、采样频率及化石标记点年龄先验分布等因素对节点定年的影响;提供了贝叶斯时间树构建软件的使用建议、节点年龄的讨论原则和不同模型下时间树的比较方法,针对常见的引起节点年龄潜在高估和低估风险的情况作了分析并给出了合理化建议.我们认为,合理整合多种贝叶斯方法和模型得出的结果并从中择优,能够提高定年结果的可靠性;研究人员应对时间树构建结果与其参数设置的关系开展讨论,从而为其他学者提供参考;化石记录的更新与分子钟定年方法的改进应同步不断跟进.

竞争是形成特定群落结构、构成分布格局的基本驱动力之一,树种的空间分布和大小并不是相互独立的,而是广泛受到竞争过程影响.在大兴安岭设置一块具有代表性的天然次生林恢复样地,采用点格局分析中的最近邻体距离G(r)函数、双关联函数g(r)和基于个体胸径标记的点格局分析方法同时结合4种点格局零模型(完全随机模型、均值托马斯模型、随机标签模型、先决条件零模型)研究分析大兴安岭次生林区优势种落叶松不同生活史阶段的分布格局、关联性及竞争作用.研究结果显示:落叶松不同发育阶段分布格局不同、同一发育阶段不同研究尺度分布格局也不同;落叶松种群内存在潜在的竞争、且竞争作用与龄级和研究尺度有关;落叶松幼龄个体在小尺度(r＜5m)下的聚集分布是由扩散限制作用和竞争作用所导致;落叶松种群内成龄与幼龄个体间有较强的正关联性、成龄个体对幼龄个体在小尺度下有明显的庇护作用;标记点格局分析方法在检测植物群落中的竞争作用时敏感性较高.

青藏高原东侧山区是生物多样性热点地区,也是许多植物冰期时的避难所,其独特地形使得地理隔离在塑造种群遗传格局中发挥了重要作用.位于青藏高原东侧的白桦(Betula platyphylla)种群被峡谷、山脉或河流所隔离,呈片段化分布,遗传格局尚不清晰.该研究利用11对核微卫星标记,对采自青藏高原东侧山区13个地点、412个白桦样本进行分析.共检测到114个等位基因,整体遗传多样性水平较高(期望杂合度(HE)=0.579;观察杂合度(Ho)=0.555),遗传分化水平中等(遗传分化系数(Fst)=0.127),两两种群间遗传距离差异较大(Fst=0.017-0.319),且遗传距离与地理距离呈显著正相关关系.聚类分析将所有个体分为2组,以雅砻江峡谷为界,西侧种群相比于东侧种群遗传多样性较低而且遗传分化较大.表明青藏高原东侧独特地形造成的地理隔离深刻地影响了白桦的遗传多样性和遗传结构,位于云南地区的边缘种群已面临遗传多样性降低的风险,应给予重点保护.