种内变异及其群落效应

种内变异是指同种生物不同个体间的表型或遗传差异.传统的群落生态学研究常常将物种视为同质个体的集合,在一定程度上忽略了种内变异.然而近年来的研究表明:许多重要的功能性状具有数量可观的种内变异,并且可能具有和种间变异相似的生态效应,使得进化过程与生态过程整合起来,形成复杂的生态-进化动态.种内变异在种间竞争、物种共存、生物入侵、群落建构、生态系统功能等生态过程中发挥着不可忽视的重要作用.作者围绕"种内变异及其群落效应"总结了植物生态学方面的最新进展.首先简述种内变异的来源和结构,然后总结种内变异在生态系统群落水平的生态效应,之后介绍了种内变异的研究方法及在哪些情况下不能忽略种内变异,最后对目前的不足以及将来的方向提出一些看法和建议.     

生态位构建的进化意义及其生态与行为响应

生态位构建是指有机体对局部环境中重要组成成分的建造、修复以及选择的一种能力.重点讨论了生态位构建的进化意义以及由生态位构建引起的生态和行为响应,主要结果包括:(1)生态继承作为与基因继承并行的遗传途径,扩展了对有机体适应性的机理解释;(2)环境变化与有机体对该变化导致的选择压的响应之间存在的时滞能够产生进化惯量与动量;(3)生态位构建与生态系统工程之间存在三个层面的差异;(4)Baldwin效应、自然选择和生态位构建分别体现了有机体对环境变化的中性、被动和主动等三种不同响应;(5)由于生态位构建可取决于学习的过程,因此它可以解释动物行为对策的进化.通过对生态位构建中这些热点问题以及其理论研究不足的讨论,提出了该领域中三个潜在的研究方向.     

生态文明观与信息增殖进化论

人类从生物进化到创造进化再到信息增殖进化，必将经过信息文明的中介，才能完成对生态规律(结构信息)、生态伦理(交换信息)、生态美感(信息范型)的全球生态文明价值观的塑造过程。     

绿豆和赤豆种子的萌发及萌发后幼苗生长差异

种子萌发行为是种子植物生活史中最先表达的表型,对植物的各种萌发后性状的适应进化具有重要影响.种子萌发的生态位宽度与植物的生态位宽度或其地理分布范围之间存在一定关联,但这种关联的普遍性尚不清楚.本研究利用同为豆科豇豆属的作物绿豆和赤豆种子为研究材料,通过对比两者的萌发及萌发后的幼苗生长特性,试分析它们之间的起源与进化(驯化)差异.结果表明,绿豆和赤豆种子的萌发性状及萌发后的幼苗生长性状对温度具有不同的适应策略.与赤豆相比,绿豆种子可萌发的温度范围及最适萌发温度范围更宽,在各培养温度下的萌发更迅速;绿豆幼苗的生长速率虽在适中温度条件下显著慢于赤豆幼苗,但在较低和较高温度条件下则显著快于赤豆幼苗;绿豆种子的萌发参数与其萌发后幼苗的各生长参数间具有更好的相关性.这些差异或许暗示着绿豆和赤豆具有不同的起源或进化(驯化)历史.本研究为理解农作物进化(驯化)历史提供新的视角,并为今后的野生植物资源驯化及作物育种提供新的知识.     

浅谈生态同基因、文化的协同进化

本文从遗传作用、行为适应等角度阐述了基因、文化对生态系统的作用，指出了生态平衡的维持、生物的发展依靠的是“基因、文化和生态的协同进化。”只有“基因、文化和生态的协同进化”，生物种群才能进化，人类必须尊重其它生物种群文化，并促使人类基因、人类文化同生态系统的协同进化。     

基于生态算法的城市建设用地结构优化

借鉴自然生态系统解决优化问题的思想和机制,提出了"城市土地生态系统"概念.首先定义城市土地生态系统的结构及其自主进化机理,然后创建城市土地生态系统自主进化过程的算法模型——城市土地生态系统进化算法(简称城市生态算法).最后,构建城市建设用地结构优化数学模型,并使用城市生态算法进行求解.选取上海市作为算法应用实例,结果表明城市生态算法能够很好地解决城市建设用地结构优化问题.     

一种基于Alopex和分布估计算法融合的进化算法及其在参数估计中的应用

构造了一种基于Alopex(Algorithm of pattern extraction)和分布估计算法(Estimation of distribution algorithm,EDA)相融合的进化算法EDA-Alopex.该算法将分布估计算法嵌入到一种基于Alopex的群智能进化算法(Alopex-based evolutionary algorithm,AEA)中,利用分布估计算法收敛速度快及与传统进化算法进化模式不同的特点来改进AEA算法.新算法综合了AEA算法搜索得到的个体间相关性信息和EDA搜索过程中得到的全局概率信息,能够更好地指导种群向有利的区域进化.仿真结果表明:EDA改进的EDA-Alopex算法搜索性能与AEA算法的搜索性能相比有较大提高,特别是其收敛速度与AEA算法相比有明显提高.     

人类核糖体蛋白加工假基因在进化中的熵变

用生物信息学方法计算出人类核糖体蛋白加工假基因(RP加工假基因)的进化距离.假定在统计意义上,不同进化距离的假基因可粗略代表假基因的进化历程.在此假定基础上从信息论的角度去研究假基因在进化中的熵变.结果发现,1) 假基因序列的紧邻碱基关联随进化逐步增强;2) k-mer信息熵中,小k-mer(k=1,2,…,5)信息熵随进化减少,大k-mer(k=7,8)信息熵随进化先迅速减少,随后增加;3) 关联信息熵随进化减少,其中紧邻碱基关联信息熵的减少幅度最明显.这些可能与背景突变压力作用有关.     

同域培养下大肠杆菌氮、磷含量的进化趋异研究

利用9株具有不同进化背景的大肠杆菌构成5个短期可竞争共存的祖先配对,在限制氮、磷资源的环境下,对5个进化组下6个重复家系进行了约1 100世代的选择实验,考察了这些细菌在进化前后菌体氮、磷质量分数w的变化,并评估了这些性状的趋异程度.研究发现:后代细菌w(氮)的变动范围在13.1%~14.2%,而w(磷)为1.70%~1.95%;不同进化组内,细菌氮、磷含量改变的模式不同;同域后代细菌的趋异模式也并不相同.推测细菌进化本身可能会产生许多独特的性状,连同生态相互作用一起,增加了结果的复杂性,需要在更精细的水平上寻找产生这种结果的原因.     

基于基因组学的栎树生物学研究进展

栎树(Quercus spp.)是北半球重要的经济与生态树种。夏栎(Q. robur)、加州白栎(Q. lobata)、麻栎(Q. acutissima)等树种基因组的公布,对栎树生物学研究产生了深刻的影响。近5年来,栎树生物学出现了包括系统进化与物种鉴定、基因渐渗与适应进化、景观基因组学与生态保育、生物共存与互作机制、次生代谢与生长发育、DNA甲基化与表观遗传调控及基因与长寿机制等方面的研究热点。虽然基于基因组学的栎树生物学若干研究前沿已经形成,但尚处于起步阶段,笔者预期未来会向4个方面深入:①强调栎树基因组资源的深度应用。应用景观基因组学途径,探究栎树的杂交渐渗与适应进化;联合基因组、转录组、蛋白组等多组学技术,探究栎树生长发育与胁迫响应过程中的基因调控网络与信号通路;优化体细胞发生和遗传转化体系,攻克栎树遗传改良和基因资源开发技术瓶颈。②促进栎树研究体系的广度拓展。随着壳斗科其他树种全基因组序列的公布,基于从分子到群落的不同生物层次的模式系统,将对欧亚大陆和北美不同区域的栎树,包括白栎组、红栎组、冬青栎组、麻栎组等不同栎树类群,以及壳斗科其他属树种基因组生物学研究产生深远影响。③关注栎树资源利用的遗传与发育主题。用栎树基因组资源对其结构的、代谢的和农艺性状的差异及其优化加以解析,全基因组关联研究(GWAS)也将应用于栎树,从而为阐释木材发育和木栓形成的机制奠定基础。④聚焦栎林保育的生态与进化主题。在全球气候变化背景下,通过增加耐受胁迫的基因型,以缓解气候变化对森林生态系统的影响。同时维持和保护栎树在自然生态系统中的生态与进化过程,阐明栎树多样性、迁移与适应、趋异与趋同生态适应等方面进化成功的机制。     

硫酯蛋白家族保守区域分析

硫酯蛋白家族(thioester-containing proteins,TEPs)广泛分布于动物界,在动物非特异性免疫反应中发挥了重要的作用,然而其家族成员多,分子进化关系复杂.本研究从基因数据库中挑取已收录TEPs家族各成员的氨基酸全序列,包括α2-巨球蛋白、补体3、补体4、murinoglobulins、卵巨球蛋白、妊娠区带蛋白,α-1-抑制因子等.多重序列比对分析TEPs家族各成员间功能位点和保守区域的变化,构建系统进化树分析TEPs家族分子进化.TEPs家族除保守的GC*EQ**硫酯键区域及两侧的脯氨酸残基,还有7个完全保守的氨基酸残基及G*****Q*T,FPETW,QTD,KPTVK等保守区域.上述分析结果可为深入研究TEPs家族分子进化及动物非特异性免疫进化提供参考.     

苔鲜植物的生态变异及其分类学中的生态学准则

同其他高等植物一样，在苔藓植物的分类过程中，形态学特征仍然是一种主要的准则，然而，由于苔藓植物具有较大的可塑性，使得其生态学准则在具体的分类学中具有不可忽视的作用，尤其在种及种以下的分类，另外，从进化的观点来看，生态因子对进化必然起着重要的作用，本文将探讨生态因子在苔藓植物进化上的作用以及苔藓植物的生态变异在其分类学上的意义。     

鸟类TLR基因进化分析

为了明确鸟类Toll样受体(Toll-like Receptor,TLR)基因物种间拷贝数量差异和基因进化选择,本试验利用BLAST程序对73种鸟类基因组数据进行TLR基因的鉴定,将预测到的序列进行系统发育分析,分析其进化选择方向,探究鸟类TLR基因进化机制.结果显示：1)在73种鸟类中可以预测发现大多数的TLR基因,TLR7基因存在多拷贝现象,多数发生在雀形目中,TLR21在部分鸟类中未预测到;2)在大多鸟类物种中,TLR3基因和TLR21基因表现出正向选择;3)在不同类群中部分TLR基因进化存在差异.结果表明鸟类TLR基因存在不同的选择进化方向.     

木林子川陕鹅耳枥+青冈-水马桑群落优势种生态位与种间关联

在双向指示种分析(TWINSPAN)的基础上,采用Levins和Pianka生态位测度公式以及总体相关性VR检验、Pearson相关系数和Spearman秩相关系数,定量分析木林子川陕鹅耳枥+青冈-水马桑(Carpinus fargesiana+Cyclobalanopsis glauca-Weigela japonica)群落10个优势种群的生态位和种间关联特征.结果表明:(1)川陕鹅耳枥(Carpinus fargesiana)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、四照花(Dendrobenthamia japonica)的重要值和生态位宽度较大,资源利用谱宽,属泛化种;小叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinifolia)与其他优势种生态位重叠的均值最小,资源利用特化程度高,属特化种.(2)优势种群种对的生态位重叠平均值为0.59,资源利用方式分化较小.(3)优势种的种对正负关联比为0.73∶1且均为不显著关联,群落物种间总体显著正关联.(4)种间关联系数Pearson、Spearman的值均与Pianka生态位重叠值呈极显著正相关.     

晋西黄土区与土石山区交错地带灌木种生态位及排序分析

应用Levins和Shannon-weiner生态位宽度指数,以及Pianka生态位重叠指数、简化Morisita生态位重叠指数对晋西黄土区和土石山区交错地带29个主要灌木树种的生态位特征进行了研究,并对各树种的DCA排序分析结果与生态位特征进行了对比分析.结果表明:(1)灰栒子(Cotoneaster acutifolius)、土庄绣线菊(Spiraea pubesceus)、黄刺玫(Rosa xanthina)等物种的生态位宽度明显大于其他物种.(2)多数灌木种之间存在较小的生态位重叠,只有少数种对间生态位重叠值较大.以Pianka生态位重叠指数为例, 406个种对之中,有116个种对间不存在生态位重叠,占总种对数的28.57%;指数值在0～0.5间的种对数为276对,占总种对数的67.98%;指数值在0.5～1时种对数只有14对,仅占总种对数的3.45%.(3)物种DCA排序图第一轴反映了各物种分布生境的水分条件.对比分析表明,生态位宽度小的物种多位于DCA排序图的边缘区域,而生态位宽度较大的种则多位于排序图的中心区域.     

山东无棣贝壳堤岛保护区维管束植物的生态位特征

在山东无棣贝壳堤岛保护区的汪子岛设置3个断面,结合踏查和系统抽样的样方调查方法对维管束植物的生态位进行了研究.样方调查共记录到维管束植物30科63属74种,未发现罗布麻(Apocynum venetum)和野大豆(Glycine soja)等原有重要资源植物种类.在植被分类的群系水平上,主要分布有酸枣(Ziziphus jujuba var.spinosa)灌丛、柽柳(Tamarix chinensis)灌丛、芦苇(Phragmites australis)草甸、蒙古蒿(Artemisia mongolica)草甸和鹅绒藤(Cynanchum chinense)草甸.维管束植物的生物多样性指数总体水平如下:Shannon-Wiener多样性指数为2.70,Simpson多样性指数为0.91,Margalef多样性指数为3.42,Mc Intosh's多样性指数为0.49,Berger-Parker均匀度指数和JSW均匀度指数分别为0.15和0.79.在重要值大于1.0的植物种类中,鹅绒藤的生态位宽度最大,其Levins和Hurlbert生态位宽度值分别为0.35和1.39;其次是芦苇、砂引草(Messerschmidia sibirica)和酸枣等.芦苇和天门冬(Asparagus cochinchinensis)间的生态位重叠值最高,为0.469,其次为菟丝子(Cuscuta chinensis)和肾叶打碗花(Calystegia soldanella).鹅绒藤与大多数物种存在生态位重叠,构成一定的物种间竞争;多数草本植物间的生态位重叠值小,常以纯群丛方式存在.根据上述结果,在无棣贝壳堤岛保护区,应注重对酸枣和柽柳的保护,同时加强对鹅绒藤和菟丝子的管理.     

带有一种新的算子的进化规划算法的收敛性分析

针对进化规划(EP)和单纯形法(SM)的不足,综合两种方法的优势,提出了基于进化规划和单纯形法的混合算法(EPSM).该算法以单纯形法中的反射操作为进化规划的一个算子,结合进化规划与单纯形法二者的优点.此法不仅收敛速度快、计算简单,而且拟合精度和跟踪性能也好.对算法的收敛性进行了分析和证明.     

线虫DNA序列沿染色体进化的非均匀性

选择了四个信息参量来刻画核酸序列的进化水平,研究线虫染色体全序列、基因序列和基因间序列的进化水平沿染色体的非均匀分布规律.结果显示各类序列的进化水平沿常染色体呈现明显的非均匀性和规律性.进化水平高的序列分布在染色体的两端,是进化活跃区,进化水平低的序列,分布在染色体的中部,是进化保守区;基因序列和基因间序列是协同进化的,在染色体上具有相同的分布规律;Ⅳ号染色体显示出了染色体形成的拼接模式,由此推断常染色体的形成与进化过程是先以一个进化保守序列为核序列,在其两端拼接其它的序列,通过序列间的协调和融合使之逐渐走向成熟;整个X染色体具有稳定的进化水平,进化模式与常染色体不同.     

大蜀山短毛椴落叶阔叶林优势种群生态位特征

为了更好地了解优良园林树种短毛椴(Tilia breviradiata)的种群特征及其在群落中的功能作用,采用定量分析方法对大蜀山短毛椴群落优势种的种群生态位进行了研究。结果表明：该群 落乔木层优势种中短毛椴、化香(Platycarya strobilacea)、朴树(Celtis tetrandr)、麻栎(Quercus acutissima)和小叶栎(Q. chenii)具有 较大的生态位宽度,其B(L)i值分别为7.0350、3.8302、3.7147、3.5713、3.0506,B(sw)i值分别为2.0125、1.4509、1.3460、1.3300、1.2331 ;而层间植物紫藤(Wistaria sinensis)生态位宽度最小,B(L)i值和B(sw)i值仅有1.8556和0.6537。群落优势种之间生态位重叠值和生态位相 似性比例值较小,物种之间对资源的需求相似性不高。生态位宽度较大的短毛椴与化香、牛鼻栓(Fortunearia sinensis)和锐齿槲栎(Quercus aliena Blume var. acuteserrata)的生态位重叠较高。随着群落的进一步演替,短毛椴更新幼苗的生态位宽度优势将逐步衰退,其优势地位有 下降的可能。选择合适的恢复和保存方法为短毛椴更新层个体发育创造适宜的生境是保护该物种的有效途径     

噪声环境下进化算法

以球型模型为例, 讨论了环境噪声对遗传算法(GAs)和进化策略(ESs) 及进化算法(EAs)的影响.并采用重新采样的方法来抑制噪声,提高进化算法在复杂环境下的鲁棒性.