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外来入侵植物风传扩散过程模拟模型选择

生态学杂志 2018年第9期37卷 2840-2848页

作者：全威王明桑卫国中央民族大学生命与环境科学学院北京100081

种子扩散是外来入侵植物异地入侵的重要手段,对入侵种群扩散机制的清晰认识是有效进行入侵防治和生态管理的基础。本文在研究入侵植物风传扩散过程中的主要影响参数的基础上,分析了各参数对不同扩散过程造成的影响,总结出不同的扩散模... 详细信息

种子扩散是外来入侵植物异地入侵的重要手段,对入侵种群扩散机制的清晰认识是有效进行入侵防治和生态管理的基础。本文在研究入侵植物风传扩散过程中的主要影响参数的基础上,分析了各参数对不同扩散过程造成的影响,总结出不同的扩散模拟过程中需要应用的影响参数,阐述了这些参数的参数化过程及相应的计算方法。对已有风传扩散模拟模型做了重点介绍,并结合入侵植物自身特征重点解析了其风传扩散过程模拟模型的选择依据。其中,对于风传扩散过程有直接、明显的影响参数是种子释放高度和水平风速。对于入侵草本、灌木植物而言,入侵区域植被高度是必须关注的影响参数。在长距离扩散研究中,以乔木和大灌木为研究对象时需要重点考虑植被叶片与水平风速垂直分布引起的冠层及冠层以上区域大气湍流所带来的影响;小灌木与草本植物则需注意由地表温度引起的温暖气团上升带来的影响。模拟模型中,2Dt模型和混合韦布尔模型可以有效描述扩散体扩散核近端与远端的扩散曲线。对更为详细的长距离扩散模拟模型选择时,需要考虑不同的大气湍流类型、扩散体大小、植被类型、扩散核维度以及模拟精度要求。

关键词：入侵植物风传扩散长距离扩散种子抬升模型选择

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被子植物翅果的多样性及演化

植物生态学报 2018年第8期42卷 806-817页

作者：谭珂董书鹏卢涛张亚婧徐诗涛任明迅海南大学热带农林学院环南海陆域生物多样性研究中心

翅果能够依靠风力进行传播, 可能是被子植物快速散布和物种分化的一个重要因素。狭义的翅果是指果皮延伸成翅且不开裂的干果; 广义的翅果则包括果皮、花被片或苞片形成果翅的所有果实。根据果翅形态及其生长方式的不同, 广义的翅果可分... 详细信息

翅果能够依靠风力进行传播, 可能是被子植物快速散布和物种分化的一个重要因素。狭义的翅果是指果皮延伸成翅且不开裂的干果; 广义的翅果则包括果皮、花被片或苞片形成果翅的所有果实。根据果翅形态及其生长方式的不同, 广义的翅果可分为单侧翅果、周位翅果(圆翅果与蝶翅果)、棱翅果、披针翅果、翼状萼翅果、叶状苞翅果6种类型, 其空中运动方式有自旋式(单侧翅果、翼状萼翅果)、波浪式(周位翅果、叶状苞翅果)、翻滚自旋式(周位翅果)、直升机式(披针翅果、翼状萼翅果)和滚筒式(棱翅果)。棱翅果与圆翅果在被子植物基部类群樟目就有发生, 并同时出现在单子叶植物和双子叶植物中, 可能是最早出现的翅果类型。翅果的演化过程呈现出果翅数量增加、果翅偏向单侧和果翅负荷(果实质量与果翅面积之比)降低的趋势, 以利于适应较小的风并增加传播距离。果翅除了促进果实与种子的风力传播外, 还具有物理防御、调节种子萌发和促进二次传播等作用。泛热带分布的金虎尾科有着极其丰富的翅果类型, 与其多次跨洋长距离扩散密切相关, 可以作为研究翅果适应与演化的一个模式类群。结合生态和演化-发育生物学方法, 研究不同类型翅果在适应风力传播方面的差异、萼片或苞片发育成翅的分子与遗传机制、翅果不同类型的演化历史及其对被子植物物种多样性的影响等是今后值得探讨的重要问题。

关键词：翅果长距离扩散金虎尾路线适应演化

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东南亚生物多样性热点地区的形成与演化

生态学报 2020年第11期40卷 3866-3877页

作者：谭珂 Pastor L.Malabrigo 任明迅海南大学环南海陆域生物多样性研究中心海口570228 海南大学生态与环境学院海口570228 College of Forestry and Natural Resources University of the Philippines Los BañosLaguna 4031Philippines

东南亚地处热带,生物多样性极为丰富,可分为4个热点地区:印度-缅甸区的中南半岛、巽他区(含马来半岛、婆罗洲、苏门答腊岛)、菲律宾区(菲律宾群岛)、华莱士区(苏拉威西岛、爪哇岛、马鲁古群岛、小巽他群岛等)。中南半岛在泥盆纪便已是... 详细信息

东南亚地处热带,生物多样性极为丰富,可分为4个热点地区:印度-缅甸区的中南半岛、巽他区(含马来半岛、婆罗洲、苏门答腊岛)、菲律宾区(菲律宾群岛)、华莱士区(苏拉威西岛、爪哇岛、马鲁古群岛、小巽他群岛等)。中南半岛在泥盆纪便已是欧亚大陆的一部分,在印度板块撞击欧亚大陆之后受挤压而出;巽他区来自于冈瓦纳古陆和澳洲古陆;菲律宾群岛部分来自于劳亚古陆的碎片向南漂移,部分来自于太平洋西南岛弧的向北迁移;华莱士区则是劳亚古陆碎片、太平洋西南岛弧以及澳洲古陆北侧碎片的组合。巽他区地处赤道,常年温湿;菲律宾区、华莱士区、中南半岛则都受到不同程度的季风气候决定的干湿季变动。地质历史和季风气候影响程度的不同,奠定了东南亚4个生物多样性热点地区的雏形。华莱士区保存有大量的早期被子植物原始类群如睡莲目(Nymphaeales)和木兰藤目(Austrobaileyales),是现代被子植物起源地和冰期避难所之一。巽他区(婆罗洲)和中南半岛是亚洲热带植物的现代分布中心和"进化前沿",是整个东南亚地区重要的种源;而华莱士区的爪哇岛和小巽他群岛主要是物种迁入和中转的种库。这样的物种形成历史与迁移格局,塑造了东南亚4个生物多样性热点地区物种多样性水平与地理范围的基本格局。巽他区和印度-缅甸区曾在冰期通过陆桥相连,使得东南亚成为周边植物扩散交汇的一个"十字路口"。但是,人们对东南亚生物多样性热点地区的物种长距离扩散规律及植物地理学分区仍存在分歧;东南亚与邻近生物多样性热点地区如新几内亚岛、西高止山脉-斯里兰卡、中国横断山区的历史联系,还尚待深入解析。利用现代分子生物学技术,覆盖整个东南亚地区进行全域取样开展代表性类群的物种迁移与生物地理学研究,有望进一步揭示东南亚生物多样性热点地区的形成过程与演化趋势。

关键词：马来群岛生物地理学生物多样性热点地区长距离扩散物种形成

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“金虎尾路线”植物的花进化与传粉转变

生物多样性 2016年第1期24卷 95-101页

作者：钱贞娜任明迅海南大学热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室海口570228 海南大学园艺园林学院海口570228

以金虎尾科植物地理分布格局及迁移历史总结出来的"金虎尾路线",是解释热带植物洲际间断分布与长距离扩散格局的重要模式。金虎尾路线阐明了金虎尾科植物历史时期7次独立的从起源中心(南美洲)向旧世界(非洲和亚洲)的洲际长距离扩散事件... 详细信息

以金虎尾科植物地理分布格局及迁移历史总结出来的"金虎尾路线",是解释热带植物洲际间断分布与长距离扩散格局的重要模式。金虎尾路线阐明了金虎尾科植物历史时期7次独立的从起源中心(南美洲)向旧世界(非洲和亚洲)的洲际长距离扩散事件。本文总结了金虎尾路线植物起源地与扩散地主要类群的花部特征与传粉系统,以探讨这些类群及类似植物长距离扩散后的花进化与传粉转变等适应规律。金虎尾科的南美洲类群都有分泌油脂的萼片腺体,花的形态结构非常保守,是与美洲当地特有的条蜂科集油蜂长期协同进化的结果。金虎尾科的非洲类群花保守性消失,花白色、辐射对称且无萼片腺体,繁育系统为雄花–两性花异株(功能性的雌雄异株),传粉者是采集花粉的蜜蜂科昆虫。亚洲的一些属发生了类似非洲类群的泛化适应转变,但风筝果属(Hiptage)出现了镜像花、异型雄蕊和极度反折的花瓣,且传粉者是亚洲特有的大蜜蜂(Apis dorsata),显示出了非常特化的适应性转变。风筝果属所在支系的现存类群涵盖了南美洲、中美洲、非洲和亚洲等地的地方特有属,体现了金虎尾路线整个迁移历史过程,是认识金虎尾路线及其进化适应规律的关键类群,值得在今后的研究中加以重视。

关键词：适应进化繁育系统长距离扩散间断分布 Malpighiaceae

风筝果镜像花的雌雄异位变化及传粉生态型的形成

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风筝果镜像花的雌雄异位变化及传粉生态型的形成

作者：钱贞娜海南大学

学位级别：硕士

以金虎尾科植物地理分布格局及迁移历史总结出来的“金虎尾路线”,是解释热带植物洲际间断分布与长距离扩散格局的重要模式。金虎尾科植物原产地在南美洲,通过北大西洋陆桥扩散到欧亚大陆,后来间断扩散到非洲和亚洲等地形成今天的分布... 详细信息

以金虎尾科植物地理分布格局及迁移历史总结出来的“金虎尾路线”,是解释热带植物洲际间断分布与长距离扩散格局的重要模式。金虎尾科植物原产地在南美洲,通过北大西洋陆桥扩散到欧亚大陆,后来间断扩散到非洲和亚洲等地形成今天的分布格局。亚洲特有的风筝果属(Hiptage)所在支系的现存类群涵盖了南美洲、中美洲、非洲和亚洲等地的地方特有属,体现了金虎尾路线整个迁移历史和扩散过程。风筝果属(Hiptage)还具有特殊的镜像花(mirror-image flowers),在中国西南地区分化出了大量狭域特有种。开展风筝果属镜像花的传粉适应意义研究对揭示金虎尾路线植物适应进化规律具有重要意义。本文以风筝果属分布最广泛的风筝果(Hiptage benghalensis)为研究对象,开展了传粉生态学与分子生物学研究。结果发现,贵州和云南东南部的风筝果种群,有着较大的雌雄异位(柱头与可育花药的空间距离),其传粉者也是体型较大的木蜂(Xylocopa nasalis)和熊蜂一种(Bombus sp.);雌雄异位程度小的海南岛种群和云南西双版纳种群的传粉者则是体型较小的大蜜蜂(Apisdorsata)、西方蜜蜂(***)。除了雌雄异位的明显分化(F = 53.69,P<0.01)之外,花柱长度也在这两类种群之间差异显著(F=12.5, P< 0.05),与传粉昆虫身体长度密切相关。风筝果萼片腺体分泌的花蜜主要含葡萄糖、蔗糖和果糖,其中大蜂传粉生态型种群葡萄糖和果糖含量明显高于小蜂传粉生态型种群(P< 0.05),而蔗糖含量相反。通过叶绿体ycf1b、rbcL和细胞核ITS基因片段的序列分析,由大型蜂传粉的雌雄异位程度较大的3个种群(贵州和云南东南部种群)遗传关系极近,与小型蜂传粉种群(雌雄异位较小的海南岛种群和云南西双版纳种群)存在明显的遗传分化。这表明,风筝果的种群基因流都集中在大雌雄异位种群和小雌雄异位种群之内,不同雌雄异位程度的种群之间极少发生相互传粉。这些结果显示,风筝果不同地理种群的镜像花雌雄异位程度的变化可能是适应局域不同体型大小的传粉昆虫的选择结果,而且种群间出现了基因流的隔断,可能形成了适应于大型蜂(分布区边缘)、小型蜂(分布区中心)传粉的两种生态型。镜像花通过雌雄异位的变化适应不同地域的传粉者而形成传粉生态型,这种传粉可塑性及其导致的传粉隔离机制可能是风筝果属物种形成与维持的一个重要原因。

关键词：适应进化繁育系统长距离扩散 Malpighiaceae 传粉效率繁殖隔离 ycf1b rbcL ITS

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盐芥的遗传多样性研究

盐芥的遗传多样性研究

作者：石大川兰州大学

学位级别：硕士

盐芥(Thellungiella salsuginea (pall.)***),十字花科,盐芥属,一年生草本植物,与拟南芥的亲缘关系较近,基因组很小(n=7),生长周期较短(3-4个月),为自花授粉植物,性状相对固定,一次可以产生大量的种子。同时,与拟南芥相比,盐芥具有较高... 详细信息

盐芥(Thellungiella salsuginea (pall.)***),十字花科,盐芥属,一年生草本植物,与拟南芥的亲缘关系较近,基因组很小(n=7),生长周期较短(3-4个月),为自花授粉植物,性状相对固定,一次可以产生大量的种子。同时,与拟南芥相比,盐芥具有较高程度的抗盐性,即使在100mM NaCl盐浓度条件下也能完成其生活史。因此,盐芥适合作为抗盐研究的模式植物。虽然目前已经开展了多项以盐芥为材料进行的抗盐机制,抗盐基因的研究,但是对盐芥的遗传多样性的研究仍未引起重视。本实验采用核SSR,叶绿体DNA (cpDNA)和核糖体DNA(rDNA)三种分子标记,对盐芥自然取样居群进行了遗传多样性方面的研究,主要结果如下：对盐芥18个自然居群共167个个体进行了SSR标记分析,从15对SSR引物中筛选出了5对多态性引物。结果显示盐芥居群不同位点间有效等位基因数变化很小,其变化范围为1.037-1.997,平均等位基因数为1.249个。所有位点上的观察杂合度均为0,说明居群中未出现杂合子。基因分化系数(FST)的平均值为0.671,显示盐芥居群间的遗传分化极高,基因多样性存在于居群间。而基因流(Nm)的平均值仅为0.122,显示了居群间低水平的基因流。基于STRUCTURE分析结果,将盐芥居群分为中国东部(1-16),新疆玛纳斯和加拿大(17、18)两个组,使用AMOVA分析计算了两个区域组间、组内居群间和居群内个体间的遗传差异。结果表明大部分的遗传差异存在于组间(81.89%),而组内居群间的变异量仅占总变异的8.71%。我们对盐芥居群10套cpDNA片段和rDNA ITS区进行了扩增测序。结果仅在一套叶绿体psbA-trnH片段中鉴定到了3种单倍型(H1-H3),在rDNA ITS中未检测出单倍型。通过对12个核基因的扩增和序列测定后,只在7个基因座位中发现了1个或2个多态性位点,与其他植物物种进行比对的结果表明,盐芥的单核苷酸多态性(πs=0.00048)明显低于其它植物。使用Paml42软件计算了盐芥核基因片段的非同义替换率dN和同义替换率dS,并根据ω=dN/dS计算相应的ω值后发现各个基因片段上ω值均小于1。将12个核基因片段连接后共得到9种基因型,通过Network分析发现,中国东部盐芥基因型与中国新疆和加拿大育空盐芥基因型差异较大。研究结果较好地揭示了盐芥的进化历程。作为一种独特的耐盐植物,盐芥的群体遗传结构整体上相对简单,同时由于历史上发生的长距离扩散作用,导致整个盐芥群体可以明显分为两个组,同时,由于盐芥在中国东部地区短时间内经历了快速扩张,使该物种在此地遗传多样性偏低同时遗传结构较为复杂。

关键词：盐芥遗传多样性长距离扩散快速扩张

唇形科香茶菜属植物系统发育及生物地理学研究

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唇形科香茶菜属植物系统发育及生物地理学研究