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《武汉植物园在森林养分利用效率研究中取得新进展》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2020-10-10

  • 全球森林覆盖了31％的陆地面积，被誉为地球之肺。森林不仅能为人类提供林副产品，还具有调节气候、防灾减灾、固碳释氧、支持生物多样性等多种生态功能。养分是限制森林生长、发育的命脉，森林生产功能、生态功能的发挥依赖于养分的供应。因此，研究森林的养分状况与利用效率对于森林经营管理至关重要。

    　　中国科学院武汉植物园系统生态学学科组科研人员在张全发研究员带领下，构建了一个生态参数用来衡量林木在群落水平的养分利用效率：Biomass:N:K:Ca:Mg:P。通过计算发现，全球森林的平均Biomass:N:K:Ca:Mg:P约为3691:12:7:13:2:1。这意味着，森林每吨生物量中，固定了3.3千克氮、1.9千克钾、3.5千克钙、0.6千克镁、0.3千克磷。人们在收获和利用林木产品时，会从生态系统中带走相应数量的养分。如果没有得到有效补充，森林生态系统的地力将日益贫瘠。

    　　研究人员发现，树种是影响养分利用效率的重要因素，针叶树种，如松属、云杉属、落叶松属等，具有更高的氮素利用效率。而刺槐属、桤木属、金合欢属的树种由于具有固氮根瘤，表现出对氮素的“奢侈性”利用。在氮素、钙素缺乏的土壤条件下，林木总体上表现出更高的氮素、钙素利用效率。这些研究结果有助于我们理解森林对环境的适应机制，同时，对于造林时树种的选择具有一定的指导意义。

    　　研究成果以“Biomass:N:K:Ca:Mg:P ratios in forest stands world-wide:Biogeographical variations and environmental controls”为题，发表于国际期刊Global Ecology and Biogeography。中国科学院水生植物与流域生态重点实验室、武汉植物园系统生态学学科组张克荣研究员为论文第一作者。研究得到了国家自然科学基金(31922060, 31770562, 31470499)和中国科学院青年创新促进会项目（2018374）的支持。

  • 原文来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/geb.13187 ;http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202009/t20200929_5709362.html
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    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-08-13
    • 群落构建是群落生态学研究长久以来的核心论题之一。目前，功能生态学的发展为生态学家提供了两种验证群落构建的方法：分别通过亲缘关系(进化历史)和功能性状来表征物种相似(异)性，探讨群落系统发育结构和功能性状的分布格局，为森林群落构建机制提供新的理论依据。 武汉植物园博士研究生张佳鑫在江明喜研究员和乔秀娟副研究员的指导下，基于湖南八大公山25公顷森林长期动态监测样地，选取162种木本植物叶片的6种功能性状为研究对象，分别研究4个样方尺度内的群落谱系发育结构、功能结构和性状的分布格局，发现八大公山样地的群落构建过程很大程度上受确定性作用的驱动，结果表明(亲缘关系或性状空间上)相似的物种在大多数尺度上呈聚集分布，也有少数性状相异的物种聚集分布；推断在样地内非生物环境可能通过激烈的竞争性排斥或严格的环境过滤，对物种的分布和共存起着重要的推动作用。性状分布和谱系发育结构的(显著)聚集或离散分布表明生态位分化等确定性过程的主导作用；同时，系统发育结构和性状分布格局随尺度变化而变化。 该研究得到中国科学院战略先导项目(XDB 31000000)、国家重点基础研究发展计划(项目编号2014CB954004)、国家自然科学基金(项目编号31670441和31270562）和中国科学院生物多样性委员会中国森林生物多样性监测网络项目(项目编号29200931131101919)的资助。相关研究结果发表在Ecology and Evolution上。
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  • 《武汉植物园在水生植物功能性状及对环境响应研究中取得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-12-09
    • 与陆生植物相比，水生植物的生存环境已经发生了根本性的变化，由此沉水植物演化出了一系列较为特殊的功能性状，对周围环境的响应机制也有其特殊之处。武汉植物园水生植物生物学学科组科研人员在水生植物功能性状及对环境响应研究开展了一系列研究，取得如下进展： 　　1、沉水植物对不同盐度的响应 　　人们对盐分影响植物生长发育的认知可能已有上千年。实验中通过设置不同的盐度梯度，发现穗状狐尾藻在盐度5‰条件下原有茎尖会死亡，同时形成新的矮化茎尖。解剖结构的研究表明植物茎尖表皮细胞形态发生显著变化。相关研究结果以“Responses of five submerged macrophytes to NaCl salinity in a tropical mesocosm study”为题发表在Fundamental and Applied Limnology上。本文第一作者为海南大学陈涛，共同通讯作者为海南大学尹黎燕和武汉植物园操瑜副研究员。论文DOI:10.1127/fal/2020/1303. 　　2、沉水植物对螺类密度的响应 　　螺类与沉水植物存在较为复杂的交互作用，一种是通过取食附着藻促进植物的生长，一种是通过直接取食抑制植物的生长。本实验通过设置不同的螺类密度对四种沉水植物生长与繁殖的影响进行了分析，研究结果表明：高密度条件下，沉水植物生长受到了显著的抑制，而且不同植物的功能性状响应也有所不同，茎杆较细的尖叶眼子菜(Potamogeton oxyphyllus)在高密度螺类处理中株高显著矮于低密度螺类出。相关研究结果以“Responses of four submerged macrophytes to freshwater snail density (Radix swinhoei) under clear-water conditions: A mesocosm study”为题发表在Ecology and Evolution上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学课题组支永威，通讯作者为操瑜副研究员。论文DOI: 10.1002/ece3.6489。 　　3、沉水植物对新型污染物的响应 　　狸藻是大型无根水生植物，通常生长在小湖泊和池塘中。一株狸藻可以拥有成百上千个捕虫囊来捕获和消化猎物。这些捕虫囊（长1-5毫米）由外壁和顶部的单个阀门组成。除了植物表面进行的正常养分吸收外，捕虫囊还用于捕获小的猎物，这些猎物是狸藻养分的主要来源。添加新型污染物微塑料的受控实验结果表明狸藻的生长显著的受到微塑料的抑制，可能的毒理机制是，狸藻可以通过捕虫囊摄入大量的微塑料，并且微塑料也可以粘附在植物上。同时，通过模型计算探讨了EC50在毒理学中的应用。相关研究结果以“Bladder entrance of microplastic likely induces toxic effects in carnivorous macrophyte Utricularia aurea Lour”为题发表在Environmental Science and Pollution Research上，本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学课题组周靖喆，通讯作者为操瑜副研究员。同时以“Letter to the editor: Proteomic responses to silver nanoparticles vary with the fungal ecotype”为题发表在Science of the Total Environment上。本文第一作者是海南大学黄家权教授，通讯作者为江红生副研究员。论文DOI: 10.1007/s11356-020-09529-y及10.1016/j.scitotenv.2020.140705. 　　4、沉水植物功能性状研究（叶片长度和碳酸氢根的利用） 　　叶片是植物光合作用的重要器官，叶片长度作为植物性状中的一个重要指标，一直以来都是相关研究的重点。世界上叶片最长的陆生木本植物是棕榈树科的Raphia regalis，叶长可达25 m。最长的陆生草本植物百岁兰属（Welwitschia）、海芋属（Alocasia）和Musa的植物叶片可达3 m（除去叶柄）。目前关于陆生植物叶片的最大长度的限制原因已有较多研究，认为最大叶长主要受限于叶脉直径和叶密度，但对于沉水植物的叶片最大长度及其限制因素仍然是未知的。 　　具有带状叶片的沉水被子植物通常具有较长的叶片，且此类植物的长度通常代表植物的最大高度和捕光能力。本研究通过对淡海水中48种带状沉水被子植物的最大叶长数据进行收集整理，发现澳大利亚苦草（Vallisneria australis）的叶片最长，为300 cm（图1）。鉴于水生被子植物起源于陆生植物，二者具有相似的生理基础（如营养需求和氧气输送），但由于水陆生境的不同，随着沉水植物对水环境的不断适应，二者的叶片性状存在差异较大，因此，限制沉水植物叶片伸长的因素可能与陆地植物不同。研究表明，光照不是调节淡水湖泊中沉水植物最大带状叶长的唯一影响因素，其它生物因素（如叶片寿命和密度）和非生物因素（如水力阻力）可能参与调节。该研究是对带状叶沉水植物最大叶长限制因素的初步探索，仍需更多相关工作（如叶片寿命）去研究限制其最大叶长的主要因素。相关研究结果以“Is there a maximum length of strap-like leaves for submerged angiosperms?”为题发表在Aquatic Botany上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学学科组刘洋，通讯作者为操瑜副研究员。论文DOI: 10.1016/j.aquabot.2019.103184。 　　水分胁迫不再是沉水植物光合作用的主要限制因素，CO2成为沉水植物光合作用的首要限制因子。虽然CO2能轻易的穿透生物膜，但它在水中的扩散速率比在空气中要低104倍，此外由于水体与植物体边界厚的静水层的阻挡，使得沉水植物光合作用常受到低CO2供应的胁迫；而喀斯特地区水体中的无机碳含量常常非常高，沉水植物的光合无机碳利用策略可能与其他地区不同。本研究选取典型喀斯特地区的一条河流研究河流上下游沉水植物的无机碳利用能力，结果从河流上游到下游优势的沉水植物的主要无机碳利用途径从CO2转变为HCO3- 。相关研究结果以“ Different mechanisms of bicarbonate use affect carbon isotope composition in Ottelia guayangensis and Vallisneria denseserrulata in a karst stream”为题发表在Aquatic Botany上。本文第一作者是武汉植物园水生植物生物学学科组江红生，通讯作者为海南大学尹黎燕教授。论文DOI: 10.1016/j.aquabot.2020.103310 。
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