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      動(dòng)植物相互關(guān)系研究系列進(jìn)展

      發(fā)布時(shí)間:2011-11-07
      來(lái)源:科技外事處

      2000多年前,古希臘哲學(xué)家亞里士多德就開(kāi)始廣泛研究動(dòng)物解剖、行為、遷徙以及繁殖等學(xué)科,植物科學(xué)的開(kāi)創(chuàng)性工作則留給了他的學(xué)生Theophrastus。作為亞里士多德動(dòng)物學(xué)研究的相應(yīng)部分,Theophrastus提供了大量關(guān)于植物生活史、繁殖科學(xué)以及植物對(duì)非生物環(huán)境適應(yīng)過(guò)程等方面的精確記錄。師徒兩位科學(xué)家對(duì)動(dòng)植物研究的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)對(duì)后來(lái)這兩門(mén)我們所熟知的動(dòng)物學(xué)和植物學(xué)奠定了最早的基礎(chǔ)。這個(gè)古老的科學(xué)故事也反映了一個(gè)直到近代以來(lái)動(dòng)物和植物學(xué)研究的永恒特征——受不同研究人員的興趣和研究獨(dú)立性作用,這兩門(mén)學(xué)科自始至終沿著兩條不同的路線各自前進(jìn)。動(dòng)植物研究之間的巨大鴻溝在19世紀(jì)中葉終于被達(dá)爾文所跨越,在其巨著‘The Origin of Species’(1859)中,達(dá)爾文指出動(dòng)物的所有形態(tài)特征及其行為模式是對(duì)外在的生物和非生物環(huán)境施加在其身上的選擇性壓力的一種適應(yīng)性反應(yīng)。他同時(shí)強(qiáng)調(diào),即使是在遠(yuǎn)古時(shí)期,動(dòng)物和植物之間也是通過(guò)一張張復(fù)雜聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)緊密交織在一起的(p.73)。以后近一個(gè)多世紀(jì)的生態(tài)學(xué)和進(jìn)化學(xué)等方面的研究充分證實(shí)了達(dá)爾文的睿智和遠(yuǎn)見(jiàn),并表明除非全面認(rèn)識(shí)和研究動(dòng)植物之間在生態(tài)和進(jìn)化時(shí)間里的相互關(guān)系和作用,否則我們無(wú)法徹底理解動(dòng)物和植物在多樣化的形態(tài)、行為和生活史等方面的進(jìn)化動(dòng)力和機(jī)制。——以上引自‘Plant-Animal Interactions,An Evolutionary Approach’,Edited by Carlos M.Herrera and Olle Pellmyr (2002)

      孟令曾同學(xué)在聯(lián)邦德國(guó)霍恩海姆大學(xué)Dr.Konrad Martin 和中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園陳進(jìn)研究員的共同指導(dǎo)下,受聯(lián)邦教育與研究部(BMBF)“景觀中國(guó)(LILAC)”項(xiàng)目資助,在云南納板河小流域國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)開(kāi)展為期兩年(2008,05-2010,06)的野外采集、觀察和系列實(shí)驗(yàn)研究工作,捕獲各類(lèi)昆蟲(chóng)標(biāo)本共計(jì)五萬(wàn)余號(hào),并獲得大量原始記錄資料以及部分研究結(jié)果,現(xiàn)簡(jiǎn)要分述如下:

      花外蜜腺是一種廣泛存在于植物體上的次生組織結(jié)構(gòu),已有的記錄表明全球大約90多科300多屬植物體上存在有不同形態(tài)和分布位置的花外蜜腺結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)理論認(rèn)為花外蜜腺不僅是一種植物對(duì)草食性昆蟲(chóng)的適應(yīng)性反應(yīng),并且其是可以誘導(dǎo)生成的。本項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)林下小型灌木光葉火筒樹(shù)(Leea glabra)新葉和老葉的一系列人工誘導(dǎo)傷害性實(shí)驗(yàn),觀測(cè)到其花外蜜腺產(chǎn)量和含糖度并未隨著人工誘導(dǎo)傷害程度的增強(qiáng)而有顯著變化,但是作為與光葉火筒樹(shù)具有松散互利關(guān)系的螞蟻類(lèi)群在受傷的新葉上數(shù)量則有迅速增加,螞蟻甚至?xí)雎悦巯俚拇嬖诙杆僖苿?dòng)到受傷新葉上。化學(xué)測(cè)定同時(shí)表明新葉的防御性化合物單寧的含量要顯著高于老葉,在自然狀態(tài)下老葉受損面積百分比要顯著高于新葉,光葉火筒樹(shù)新葉和老葉顯然采取了不同的r/k生存策略。該研究結(jié)果已發(fā)表在期刊Arthropod-Plant Interactions上。

      步甲(Coleoptera: Carabidae)被廣泛用作評(píng)價(jià)栽培用地農(nóng)業(yè)景觀中生物多樣性的指示類(lèi)群,它不僅是衡量地區(qū)生物多樣性水平的一個(gè)重要指標(biāo),也是一類(lèi)重要的捕食性昆蟲(chóng),在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中防治蟲(chóng)害,減少農(nóng)藥用量以及提高經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境質(zhì)量都具有重要作用。本項(xiàng)研究通過(guò)在納板河流域自然保護(hù)區(qū)的不同生境中設(shè)置綜合捕獲裝置,最終收集到1649只102種步甲。Cluster analysis和指示種分析表明水稻田,早期演替植被以及自然森林中都具有一定比例的特化種存在。NMS分析表明環(huán)境因素差異解釋了捕獲步甲類(lèi)群80%以上的種類(lèi)數(shù)量和分布差異,生境的蔭蔽度和植物多樣性決定了步甲的種類(lèi)組成。休耕的稻田中含有顯著多樣的步甲種類(lèi)和更多的個(gè)體并且這些種類(lèi)很有可能來(lái)自其它區(qū)域。幼齡橡膠林和自然森林中的歩甲種類(lèi)和數(shù)量較為相近。隨著橡膠林年齡增加,歩甲種類(lèi)和數(shù)量急遽降低。從長(zhǎng)遠(yuǎn)趨勢(shì)看,以砍伐自然森林為代價(jià)的橡膠林植被擴(kuò)張對(duì)自然森林中的歩甲種類(lèi)有顯著負(fù)面效應(yīng),歩甲多樣性水平會(huì)隨著橡膠植被年齡增長(zhǎng)而下降,本項(xiàng)研究結(jié)果已發(fā)表在期刊Journal of Insect Conservation上。

      食蚜蠅(Syrphidae)和蜜蜂(Apidae)是兩類(lèi)具有不同繁殖和擴(kuò)散習(xí)性的傳粉昆蟲(chóng),對(duì)自然植被的演替維持和農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)均具有重要意義。本項(xiàng)研究通過(guò)在云南納板河流域自然保護(hù)區(qū)的不同生境中設(shè)置馬來(lái)網(wǎng)裝置,分別收集到53種1133只食蚜蠅和44種1284只蜜蜂。Cluster analysis 和NMS分析表明,食蚜蠅類(lèi)群在早期演替生境中包括休耕稻田以及低矮的灌木植被中非常常見(jiàn),并且與生境的植被覆蓋度和草本植物的多樣性形成顯著直線相關(guān)關(guān)系。相比之下,大部分離散的蜜蜂類(lèi)群存在于自然森林植被中。受蜜蜂類(lèi)群的圓心半徑式擴(kuò)散方式影響,蜜蜂類(lèi)群的多樣性與11個(gè)人為挑選的環(huán)境因素變量并無(wú)任何顯著相關(guān)關(guān)系存在。在景觀尺度上,具有開(kāi)放生境的土地利用系統(tǒng)包含幼齡的橡膠林植被雖有利于增加食蚜蠅類(lèi)群的多樣性,卻有可能降低蜜蜂類(lèi)群的多樣性水平。現(xiàn)有的以橡膠林為主的土地利用方式對(duì)當(dāng)?shù)孛鄯漕?lèi)群的維持具有顯著負(fù)面影響。該項(xiàng)研究結(jié)果已經(jīng)被期刊Insect Science接受,即將于近期發(fā)表。

      小果野芭蕉(Musa acuminata)是一種在熱帶地區(qū)非常常見(jiàn)的大型先鋒草本植物。很多生態(tài)學(xué)家已經(jīng)注意到其在受干擾生境中的快速繁殖和擴(kuò)張過(guò)程。本項(xiàng)研究通過(guò)一系列不同時(shí)空尺度上的野外試驗(yàn)研究,分析小果野芭蕉種子散布與動(dòng)物的相互關(guān)系以及這種相互關(guān)系對(duì)種子最終命運(yùn)的影響。研究和觀測(cè)發(fā)現(xiàn)大部分(81%)的成熟果實(shí)被食果的種子散布者特別是果蝠在晚間帶走,只有13%的果實(shí)被攀援性嚙齒動(dòng)物類(lèi)群搬走。通過(guò)進(jìn)一步圍欄試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),嚙齒動(dòng)物對(duì)人工釋放的小果野芭蕉種子具有比螞蟻類(lèi)群更為顯著的捕食作用,但也表現(xiàn)出顯著的時(shí)空差異。最高的種子捕食率(70%)發(fā)生在小果野芭蕉居群附近,這與該生境中較高的嚙齒動(dòng)物類(lèi)群多樣性水平是分不開(kāi)的。相較之下,螞蟻類(lèi)群對(duì)種子的最高捕食率(57%)發(fā)生在空曠地生境中,但與該生境中的螞蟻類(lèi)群的多樣性并無(wú)顯著相關(guān)。干濕季節(jié)交替對(duì)螞蟻捕食有顯著影響而對(duì)嚙齒動(dòng)物的捕食毫無(wú)作用。綜合的研究結(jié)果表明,果蝠對(duì)大量小果野芭蕉種子的初次散布是小果野芭蕉種群迅速擴(kuò)散的主要原因,這種散布對(duì)種子逃避?chē)X動(dòng)物捕食以及種群擴(kuò)散具有重要作用。該項(xiàng)研究結(jié)果已經(jīng)被期刊Integrative Zoology接受,即將于近期發(fā)表。

      此外,動(dòng)植物相互關(guān)系研究組還與聯(lián)邦德國(guó)埃爾富特自然史博物館 (http://www.naturkundemuseum-erfurt.de/en/mainpage/)以及中國(guó)科學(xué)院北京動(dòng)物研究所聯(lián)合出版英文專(zhuān)著‘Contribution to the Fauna of Longhorn Beetles (Coleoptera: Cerambycidae)in the Naban River Watershed National Nature Reserve(China:Yunnan)’一本,中文名《云南納板河流域天牛》。該書(shū)不僅包含有在該區(qū)域所采集451種天牛的全彩色標(biāo)本圖片以及詳細(xì)的采集標(biāo)本信息,而且深入介紹了該區(qū)域天牛區(qū)系在世界天牛分類(lèi)區(qū)系中的位置、性質(zhì)和意義,以及中國(guó)和云南地區(qū)的天牛分類(lèi)簡(jiǎn)史。該書(shū)中所列標(biāo)本種類(lèi)幾乎涵蓋了整個(gè)西雙版納地區(qū)所有已知天牛種類(lèi),是迄今為止對(duì)該天牛區(qū)系采集標(biāo)本最為豐富,采集歷時(shí)最長(zhǎng)次數(shù)最多,采集方式最為多樣的一次綜合性研究。值得注意的是,該書(shū)中所列天牛種類(lèi)的大部分學(xué)名均由極具傳奇色彩的奧地利分類(lèi)學(xué)家Dr.Carolus Holzschuh先生親自審定和校核。該書(shū)即將在臺(tái)灣印刷出版。

      圖1:取食花外蜜腺的螞蟻(劉景欣拍攝)

      圖2:新葉人工誘導(dǎo)受損后迅速聚集的螞蟻(孟令曾拍攝)

      本文作者:動(dòng)植物關(guān)系組

      責(zé)任編輯:吳毅_151c53
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