丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)真菌是一类能够与绝大多数陆地植物形成共生关系的土壤真菌, 其根外菌丝可以侵染不同植物根系且可以进行菌丝融合, 从而形成丛枝菌根网络(arbuscular mycorrhizal networks, AMNs)。AMNs可以在植物之间转运水分及营养元素如碳(C)、氮(N)、磷(P)等, 最近研究表明AMNs还可以在植物遭受环境胁迫时向邻近植物传递防御信号, 对周围植物起到“预警”作用。目前, 关于环境胁迫条件下AMNs介导的信号物质传递研究仍处于起步阶段, 许多问题亟待回答。该文首先回顾了目前有关AMNs介导的信号物质传递研究进展, 继而梳理了这一研究领域值得进一步探究的科学问题, 包括AMNs在植物间传递防御信号的可能途径及相关机制, AMNs介导的信号传递对菌根共生体系的可能影响, 以及AMNs研究中常用的技术及其发展, 最后讨论了AMNs介导的信号物质传递在作物保护等方面的可能应用。

兰科植物是典型的菌根植物。兰菌根是兰科植物根与真菌形成的菌根共生体。兰菌根真菌的营养来源影响宿主植物的生活方式和营养水平。氮是植物生长的主要限制因子。兰科植物具有富集氮的特征, 其组织和器官的氮含量通常高于同生境中的其他植物。该文综述了兰菌根真菌类别、兰科植物氮营养特征和兰菌根的氮转移机制等的研究进展, 以期为兰科植物资源的保护、再生及可持续利用的相关研究提供参考和借鉴。

森林林冠结构能改变林下微气候条件, 可能会形成独立于地面生境的空间结构, 进而影响群落物种组成差异。该研究利用机载激光雷达获取浙江天童20 hm²常绿阔叶林样地的高精度林冠结构信息, 初步探讨了林冠结构与群落物种组成差异的关系, 结果表明: (1)未考虑林冠结构时, 独立于地面生境的空间结构是天童样地群落物种组成差异的重要影响因子, 在100 m²、400 m²、2 500 m²样方尺度上, 其对群落物种组成差异的解释率分别为25.2%、28.1%、8.0%。(2)考虑林冠结构后, 林冠结构使独立于地面生境的空间结构对群落物种组成差异的解释率降低了约1/3 (26.2%-36.0%)。(3)林冠结构因子中, 林冠高度对群落物种组成差异影响最大, 其次为林冠内部结构; 随样方尺度增大, 林冠高度对群落物种组成差异的影响降低, 林冠内部结构的影响逐渐增加。该研究结果证明了林冠结构是独立于地面生境的空间结构的主要驱动因子, 对天童植物群落物种组成差异具有不可忽视的重要作用。这些结果明晰了林冠结构因子中林冠高度和内部结构的重要性。

研究植物群落不同组分生物量的纬度格局及其与生物、非生物因子的定量关系有助于揭示植物对环境的适应性, 能够解释生态系统结构和功能的空间差异性及其成因。该研究在西南干旱河谷跨越9个纬度(23.23°-32.26° N), 布置101个群落 样方(4 m × 6 m)。采用收割法测定群落及组分生物量, 分析生物量在纬度梯度上的变化规律及其影响因子。结果显示, 干旱河谷群落平均生物量为(17.05 ± 1.09) t·hm^-2, 其中, 灌木平均生物量为(11.51 ± 1.03) t·hm^-2, 占60.2%; 草本平均生物量为(2.11 ± 0.21) t·hm^-2, 占15.6%; 凋落物平均生物量为(3.41 ± 0.34) t·hm^-2, 占24.1%。群落生物量和灌木生物量随纬度升高而显著增加, 草本生物量随纬度升高无明显变化, 凋落物生物量随纬度的升高而显著降低。随着纬度增加, 灌木生物量的比例明显增大, 草本生物量的比例无明显变化, 凋落物生物量的比例明显降低。灌木优势度及丰富度的变化是驱动干旱河谷植被生物量在纬度梯度上变化的主要内在因子, 而外在因子中, 气候因子对群落及组分生物量的影响显著高于土壤因子｡

为解析苔藓在藏东南森林生态系统中的重要生态作用, 以及森林干扰对林内地面生苔藓的影响, 该研究以藏东南色季拉山地面生苔藓植物为调查对象, 选取林分、坡向、坡度和地势组成等相似的7块100 m × 100 m的样地, 每块样地以林窗为中心, 在其东、南、西、北4个方向选取林窗、林缘和林下3种不同生境设置50 cm × 50 cm的样方, 每块样地共12个样方, 共计168个样方。通过对每个样方进行苔藓植物调查采集, 研究了西藏色季拉山苔藓多样性和不同生境条件下地面生苔藓单位面积生物量特征。主要结果: (1)研究区共有苔藓植物24科63属110种。其中, 优势科有8个, 分别是丛藓科、曲尾藓科、金发藓科、提灯藓科、真藓科、紫萼藓科、青藓科和灰藓科。苔藓各科分布规律明显, 曲尾藓科和真藓科广泛分布于各个海拔, 金发藓科、真藓科和提灯藓科分布在海拔3 700-4 300 m, 而丛藓科多分布在4 300 m以上。(2)林窗生境较林缘和林下复杂, 它干扰了苔藓物种组成和群落结构, 其苔藓种类最多、结构最复杂, 而林下的苔藓种类最少, 群落结构最简单。林窗地面生苔藓生物量最高, 其次为林缘, 林下苔藓生物量最低。(3)地面生苔藓生物量大小不仅受其物种组成、盖度、体形和群落结构的影响, 而且是众多因子共同作用的结果, 而非某一因子起主导作用。

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(H_E) = 0.579; 观察杂合度(H_O) = 0.555), 遗传分化水平中等(遗传分化系数(F_st) = 0.127), 两两种群间遗传距离差异较大(F_st = 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。

西藏沙棘(Hippophae tibetana)是青藏高原高寒区特有的低矮灌木和植被演替先锋物种, 具有优良的水土保持功效, 对高海拔环境表现出良好的生态适应性, 但有关其种群结构及动态对海拔梯度的响应规律少有研究, 阻碍了对西藏沙棘适应高寒生境生态策略的理解。青藏高原东北缘的祁连山区生态脆弱, 乡土物种西藏沙棘常在海拔2 700-3 300 m的高寒退化草地呈斑块状分布, 对该区水源涵养林的维持具有重要作用。该研究以祁连山区3个海拔(2 868、3 012、3 244 m)的西藏沙棘为研究对象, 通过编制静态生命表及绘制存活曲线, 分析西藏沙棘的种群结构特征和种群动态, 并利用种群动态量化分析和时间序列模型定量研究其未来发展趋势。结果显示: 1)西藏沙棘种群的基径、株高和冠幅均随海拔的升高而降低; 3个海拔种群均呈中龄期个体丰富, 老幼龄期个体较少的纺锤型年龄结构, 充足的中龄期个体可以维持种群短期稳定。2)种群存活曲线均为Deevey-II型, 存活能力为低海拔>中海拔>高海拔; 死亡率和消失率均较高, 呈高海拔>低海拔>中海拔的趋势, 3个海拔种群均缺乏幼苗, 未来均将走向衰退, 高海拔种群较其他海拔提前进入衰退期; 各海拔老龄期生命期望值为中海拔>低海拔>高海拔。3)各海拔种群动态指数(V′_pi)均趋于0, 表明各种群均趋于稳定, 中海拔种群受随机干扰风险概率的极大值(P_max)最小, 表明受随机干扰时中海拔种群最稳定, 中海拔更适宜西藏沙棘的生存。4)未来2、4、6个龄级时间后, 3个海拔的中、老龄期苗木增多, 小龄期苗木数目减少, 且各海拔种群均面临幼苗补充不及时的风险, 各种群将由稳定向衰退发展, 幼苗的缺少, 种内、种间竞争及环境胁迫是造成种群走向衰退的重要原因。

植物的花期物候与花部综合特征均体现了其对生存环境的适应, 是与周围生物及非生物环境长期适应进化产生的结果。大花百合(Lilium concolor var. megalanthum)野外种群中具有雄性植株和两性植株两种不同性别表型。该研究以人为干扰较弱的孤山屯湿地以及人为干扰较强的金川湿地的大花百合为材料, 通过对两种生境间不同性别表型植株的花期物候、花部综合特征以及主要传粉昆虫的访花行为进行比较研究, 探究大花百合的开花及传粉特征在两种生境间的差异。结果表明: 孤山屯湿地内大花百合种群的始花期、盛花期、末花期均早于金川湿地。孤山屯湿地内大花百合的雄性植株在初开时花粉活力高于金川湿地, 而两种生境间的大花百合两性植株的花粉活力总体变化趋势一致。孤山屯湿地内大花百合雄性植株初开时的花蜜含量较高, 而后缓慢下降; 而在金川湿地内则是先增长, 48 h后开始下降。孤山屯湿地内大花百合两性植株的花蜜含量在开花24 h后开始下降, 金川湿地内则是48 h后才开始下降。孤山屯湿地内大花百合无论是雄性植株还是两性植株, 糖含量达到峰值的时间均比金川湿地晚。两种生境中大花百合两性植株的柱头可授性均保持较高水平。两种生境分布的大花百合主要传粉昆虫为中华蜜蜂(Apis cerana)、蓝灰蝶(Everes argiades)和老豹蛱蝶(Argyronome laodice)。孤山屯湿地内中华蜜蜂及蓝灰蝶对大花百合的访花频率均显著低于金川湿地, 但老豹蛱蝶的访花频率显著高于金川湿地。3种访花昆虫中, 中华蜜蜂的访花效率最高, 蓝灰蝶与老豹蛱蝶起到补充授粉的作用。两种生境间大花百合花期物候和花部综合特征的变化与当地小气候和传粉昆虫数量有关, 这种变化是大花百合经过长期适应而产生的。

植物吸收根的生理功能是从土壤中吸收水分和营养物质, 研究其解剖结构有助于揭示植物的环境适应策略。热带亚热带地区蕨类植物丰富, 生态和经济价值较高, 但目前对这一重要植物类群的吸收根解剖特征的研究仍然缺乏。该研究测定了分布在热带亚热带地区4种典型森林的共26种蕨类植物吸收根的解剖特征, 分析它们的种间差异, 结合系统发育与全球自然分布区的气候因子解释根系性状的变异。同时, 通过收集亚热带木本被子植物和温带蕨类植物相关的已发表数据, 比较不同类群的根系性状相关关系的差异。结果表明: (1)这些蕨类植物吸收根特征的种间差异显著, 8个根系性状的种间变异系数范围为20.61%-41.75%。(2)除皮层厚度外根系性状无显著的系统发育信号, 说明性状变异受系统发育的影响较小; 气候因子显著影响根系特征, 根直径和皮层厚度随着最干月(季)降水量减少而增大。(3)随着吸收根直径的减小, 亚热带木本被子植物趋于具有更低的皮层厚度/中柱直径比值, 而蕨类植物则相反; 与温带蕨类相比, 该研究中蕨类植物具有更大的根直径、皮层厚度和管胞直径。该研究有助于提高对热带亚热带蕨类植物根系生理生态适应性的认识。

南亚热带地区人工纯林面积大, 但是结构简单, 对气候变化响应敏感。在区域气候干旱化的背景下, 造林树种的生理生态策略及其对季节性干旱的响应亟待研究。该研究选择南亚热带地区10种造林树种(包括6种乡土种和4种外来种), 测定这些树种的平均生长速率、水力学性状以及经济学性状, 分析性状与生长速率之间的相关关系, 并比较水力安全边际和气孔安全边际的种间差异。结果发现: (1)造林树种的生长速率与木质部导水率显著正相关, 但与木材密度、比叶面积以及水力安全性指标无显著相关性。(2)造林树种的水分传导效率性和安全性之间没有权衡关系, 外来树种Acacia crassicarpa和Eucalyptus grandis × urophylla同时具有较高的木质部导水率和较强的抗栓塞能力。(3)造林树种的水力安全边际和气孔安全边际的种间差异显著, 大叶相思(Acacia auriculiformis)、红锥(Castanopsis hystrix)、壳菜果(Mytilaria laosensis)和阴香(Cinnamomum burmannii)在干季发生水力失败的风险较高。建议南亚热带人工林的生态监测指标体系中应包括树木水力学性状, 进而为人工林的可持续经营管理提供重要参考。