研究进展简介

2014年7月 Biological Conservation: 自然体验影响儿童的保护意愿

城市化在带给我们舒适便利生活的同时,也逐渐疏远了人与自然的关系。人们与大自然这种越来越疏远的现象被称为“自然缺失症”。著名作家理查德•洛夫在《林间最后的小孩:拯救自然缺失》揭示了儿童与自然之间关系的令人惊讶的脱节。这种自然体验的消逝如何影响孩子对生物的态度是人们关注的焦点。 

版纳植物园环境教育研究生张卫哲在陈进研究员、Eben Goodale副研究员的指导下,研究中国城市化进程如何影响儿童的自然体验,自然体验如何影响儿童对生物多样性的保护愿意,研究结果以How contact with nature affects children’s biophilia, biophobia and conservation attitude in China为题在线发布在Biological Conservation 期刊上。 

在读博士张卫哲选择中国不同城市和农村15所小学四年级学生共1119个学生为对象,通过调查问卷与动物标本展示的方式,测量了孩子的自然体验程度、亲生物性和惧生物性以及对动物保护态度。经模型分析表明,城市学校的孩子普遍比农村学校的孩子的自然体验要少。孩子们的自然体验能显著地增加对自然中常见野生动物的喜爱(亲生物性),并且减弱了对动物的害怕程度(惧生物性)。反过来,亲生物性显著地影响孩子们对动物的保护意愿。虽然分析结果没有表明自然体验能直接影响孩子们动物保护的态度和意愿,但是通过培养孩子们的亲生物性可以间接地增强他们的生物保护意识。 

研究结果验证了Miller提出的自然体验的消逝某种程度上对生物保护是一种不利因素。就孩子成长而言,孩子对动物的情感态度对自然中的元素认知起着重要的作用,因此,植物园、动物园等科普教育机构应该鼓励培养孩子增加自然体验,培养孩子对生物的亲近与喜爱,进而提高他们对生物多样性的保护意愿。 

2014年6月Environmental Education Research:重要生命经验影响大学生环境行动的形成

环境问题已经受到全球性关注,而这些环境问题的复杂性和紧迫性,突显了人类即刻行动的重要性。环境教育的终极目标就是培育具有环境素养公民,并通过采取环境行动,来共同保护环境。因此,找出那些影响环境行动形成的因素对于环境公民的培养是相当重要的。中国正在经历着严重的环境问题,其年轻一代面临着快速的生态和社会变革,所以中国环境公民的养成亟待研究。 

版纳植物园环境教育硕士研究生李丹青在陈进研究员指导下,就影响中国大学生环境行动形成的重要生命经验进行了研究。此研究设计为两阶段,研究一以34位青年环境行动者为研究对象,通过开放式问卷,收集影响他们目前投身环境保护的过往的生命经验;根据对研究一研究对象的生命经验的归纳,编制形成重要生命经验量表。研究二以高校的大三和大四学生为研究对象,采用网上问卷的形式,共收集到来自中国七所大学606人的有效样本。 

研究结果表明,所有的18项生命经验可以解释24.3%的环境行动,其中生命信念、环保组织、自然经验(幼年和小学时期)、自然经验(大学时期)和大学教育是显著的环境行动的预测变量。而且,环保组织和学生社团可以区分环境行动阶段的大学生与其他大学生,而媒介和海外旅行或生活经验无法区分不同行动阶段的大学生,其余的生命经验可在不同程度上区分环境行动阶段与其他大学生。 

结果发现,自然经验、生命信念、环保组织和大学教育是重要的影响环境行动的生命经验,但是其它生命经验也在环境行动形成的过程中起一定的作用。此项研究对于未来环境教育的发展以及后续的相关研究有着一定的参考价值。 

相关结果以Significant life experiences on the formation of environmental action among Chinese college students为题发表于在Environmental Education Research上。 

2012年12月 Oikos:啮齿类动物埋藏种子是一多步骤决策过程

啮齿类动物的搬运与埋藏植物种子是自然界中的一个重要的生态过程。对很多植物来说,通过啮齿类动物的搬运与埋藏是植物实现种子散布的主要形式;而对啮齿类动物本身而言,也直接关乎它在未来抵御食物短缺的能力。已有的研究通常把啮齿类动物的搬运与埋藏植物种子作为一单一的过程,而啮齿类动物是如何决策实现这一复杂的过程并不知晓。动植物关系组王博博士、陈进研究员等通过一精巧的实验和模型拟合,表明啮齿类动物的搬运埋藏植物种子是一多步骤决策过程,不同的种子性状对各个步骤有着不同的影响,研究结果以Dissecting the decision making process of scatter-hoarding rodents为题在线发表于国际期刊Oikos

作者首先分析啮齿类动物埋藏种子的过程可能在四个环节需要决策:1)动物遇到植物种子,是忽略还是利用; 2)对于利用的种子,是就地取食还是搬运;3)对搬运的种子,要搬运多远;4)搬运后是取食还是埋藏。作者利用人工种子研究系统,探讨不同种子性状(种子大小、营养和单宁含量)对啮齿类动物埋藏过程四个步骤的影响。同时,作者引进三种可能的模型:线性模型、折线模型和抛物线模型,用三种模型检验上述三个性状对不同步骤的适合度。研究结果表明,啮齿类动物埋藏种子行为确实是一个分层决策的过程,不同种子性状对各步骤的影响不同;种子大小对上述四个步骤均有影响,而种子营养和单宁含量主要影响第一第三步骤。研究结果有助于人们更好理解啮齿类动物埋藏种子这一重要的生态过程。

2012年11月 Annals of Botany: 榕树-榕小蜂专性传粉维持机制研究取得新进展

榕树-榕小蜂专性传粉通常被用作一模式研究系统,来了解专性传粉与传粉者隔离对被子植物合子前生殖隔离及物种多样性形成的影响。已有的研究认为,不同种传粉榕小蜂对雌花期榕果的特异挥发物的识别是实现传粉者隔离的主要机制。中国科学院西双版纳热带植物园动植物关系组博士研究生王刚等通过对同域分布的鸡嗉子榕 (Ficus semicordata)二个变种的详细研究发现,该种的榕小蜂是通过长距离的嗅觉信号识别和短距离的接触信号共同实现榕树和榕小蜂之间的相对专性传粉关系。

鸡嗉子榕是西双版纳地区常见的一种雌雄异株、地下挂果的小乔木,成熟雌果香甜可口,常被鸟类、果蝠和啮齿类动物取食。鸡嗉子榕两个变种形态差异明显,且被不同专性传粉榕小蜂传粉;同时二种榕树的花期重合并经常同域分布,因而是研究榕属植物专性传粉关系和生殖隔离机制维持的理想材料。作者首先对鸡嗉子榕的雌花期榕果的挥发性气味进行提取分析,并在室内采用Y型管试验比较不同气味对两种传粉小蜂的引诱能力;为检验先前研究中被忽略的榕果表面触摸信息在榕小蜂近距离宿主判别中的作用,作者通过在半人工控制条件下,观察比较传粉榕小蜂在宿主和非宿主榕树的雌花期榕果上的进果行为;同时,作者还进行了人工杂交试验和种子萌发实验,来评估榕小蜂的错误拜访对榕树繁殖的可能影响。

实验结果显示:1)鸡嗉子榕两变种榕树雌花期榕果挥发物的构成差异极显著,但两种榕小蜂对挥发物的反应不同,其中一种小蜂对两种挥发物没有明显的偏好性;这说明在该系统中,榕果特异挥发物并不能保证对传粉榕小蜂的专性吸引;2)当将榕小蜂引入雌花期榕果表面上时,两种榕小蜂都会用触角连续敲打榕果表面。两种传粉榕小蜂在非宿主榕果上都倾向离开,而在宿主榕果上都倾向钻入果腔。近距离的榕果表面接触信号对两种榕小蜂的宿主判断起到很关键的作用;3)两种榕小蜂均能突破榕果苞片口物理隔离而进入非宿主的雌性榕果内进行授粉和产生种子,虽然被非传统榕小蜂授粉的榕果产生的种子数目较少,但杂交种子和纯合种子在萌发阶段均具有极高的萌发率(97%-99%),提示两榕树变种上的专性传粉关系可能并不太稳定,变种间杂交和基因交流有可能发生。

2012年9月, PloS One: 热带森林树种榕树幼苗通过补偿性生长应对昆虫取食研究取得新进展

 补偿性生长是植物通过调整植株各部分资源分配或改变相关生理特征增加生物量来忍耐昆虫取食的一种策略。已有的研究表明, 补偿性生长在草本植物中较为常见, 是否也是热带森林木本树种幼苗防卫昆虫危害的对策, 少有研究报道。中科院西双版纳热带植物园动植物关系组博士生赵瑾在导师陈进研究员的指导下,以三种榕树幼苗为研究对象,研究发现三种榕树呈现完全不同的格局, 补偿性生长表现明显的种间差异并受土壤肥力的强烈影响。相关研究结果以Interspecific variationin compensatory regrowth to herbivory associated with soil nutrients in three Ficus (Moraceae) saplings为题,在线发表于PloS ONE杂志上。

该研究选择对叶榕(Ficus hispida)、聚果榕(F. racemosa)、木瓜榕(F. auriculata)三种榕树幼苗, 分别在实验荫棚和野外二种环境下和高肥、低肥二种肥力水平, 比较三种幼苗对昆虫取食的反应。研究结果表明:三种榕树幼苗受到昆虫取食后其补偿性生长水平有显著差异,对叶榕幼苗在高肥条件下显示出超补偿性生长、低肥条件下正常补偿性生长;木瓜榕在低肥条件下显示出超补偿性生长、高肥条件下正常补偿;聚果榕无论在高肥还是低肥均正常补偿。对叶榕根茎比在高肥下显著降低,木瓜榕根茎比在低肥下显著增加。通过生物量与光合特征值的相关性分析发现,对叶榕和木瓜榕的生物量与光合水平呈显著正相关;而聚果榕的生物量与光合水平无显著相关性,表明榕树幼苗是通过光合水平的增加以及幼苗各部分生物量的重新分配实现了补偿性生长。

该研究提示植物的补偿性生长是一种条件依赖型的反应, 很难做出一般性预测。不同种榕树幼苗表现出的差异也为热带森林多样物种共存研究提出一新的研究课题。

2012年4月:Biological Conservation-植物园科普馆的教育功能得到验证  
 
科普教育是现代植物园的重要功能之一。为了更好发挥其科普功能, 除了传统的植物标牌、展板、自然小径等户外设施,世界上大约有10%植物园还在园内设立科普馆。然而,科普馆的教育功能却并没有得到科学的验证。中国科学院西双版纳热带植物园环境教育学硕士贺赫在导师陈进研究员的指导下,就中国植物园科普馆的教育功能进行了研究。此研究使用问卷调查的方法取得数据,通过对比已参观科普馆和未参观科普馆的游客在旅游体验和满意度方面的差异,来探讨科普馆的教育功能及其对保护的价值。经过4个多月的实地调查,走访了国内11所植物园,在其中的5个植物园获得有效样本1865份。研究发现:在所研究的5所植物园中,是否参观科普馆是影响游客与教育相关的游览体验的重要因素,并且已参观科普馆的游客更倾向于拥有此种体验。而且游客的社会学因素,如来源地、年龄和受教育程度等都会对此种体验产生影响。在厦门植物园和西双版纳热带植物园,参观科普馆还可以显著地提高游客的游览满意度。这一研究结果对植物园进一步开展以科普馆为基础的环境教育提供了实验依据,也指出了植物园将教育项目融入旅游管理的可行性。(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006320712000614
 
2011年10月:PLoS ONE-埋藏种子的老鼠喜欢取食带涩味的种子  
 
传统的观点认为,很多植物种子中含有一定量的单宁等化合物,用于抵御啮齿动物的取食,提高种子的存活机会。中国科学院西双版纳热带植物园动植物关系研究组王博博士和陈进研究员最新的研究表明,埋藏种子的老鼠喜欢取食带涩味的种子,植物种子中一定含量的单宁可能不能减低啮齿动物的取食,研究结果已发表在国际杂志PLoS ONE上。具有埋藏种子习性的啮齿动物对多种植物的种子散布、幼苗建成和空间分布格局等有着十分重要的影响,因它们在取食种子的同时对部分种子进行搬运和埋藏,从而起到散布种子的作用;种子性状(如:大小、营养、单宁含量等)会影响啮齿动物的取食偏好。为探讨种子性状如何影响啮齿动物,博士研究生王博及其导师陈进研究员创新性地构建了一种人工种子研究系统,利用该系统可以了解种子性状如何影响啮齿类动物的选择,相关研究成果已于2009年发表在的国际权威杂志Ecology上为了进一步深入探讨种子中单宁含量如何影响啮齿动物的取食和埋藏行为,王博和陈进沿用上述的人工种子研究系统,将不同单宁含量的人工种子分别放置天然林和边长10米的方形人工围栏中,供老鼠选择并跟踪人工种子的去向。结果表明,无论是在天然林还是人工围栏,啮齿动物优先选择中等单宁含量(5%)种子。与此同时,作者用不同单宁含量的饲料在实验室人工饲养老鼠,结果发现5%单宁含量的食物对啮齿动物的存活率和健康状况均无显著负面影响,证明啮齿动物确实能够适应一定单宁含量的食物。该研究结果暗示,尽管种子中单宁可以总体上降低动物对种子的取食,但对埋藏种子习性的啮齿动物的行为并不能形成精准的控制,植物和啮齿动物在长期的进化中可能已经达到一种平衡和妥协。(http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0026424)
 
 
2011年9月:PLoS ONE-黑白仰鼻猴冬季家域选择的光照假说
 
冬季来临时,一些恒温动物从高纬度地区迁徙到低纬度地区,一些从高海拔地带垂直迁徙到低海拔地带,还有一些选择了冬眠等。然而,世界上分布区海拔最高的非人灵长类动物——黑白仰鼻猴(滇金丝猴),却选择在多年家域的中高海拔段地带越冬。针对黑白仰鼻猴的这一“反常”行为,中科院西双版纳热带植物园热带森林生态学重点实验室动植物关系研究组与中科院昆明动物研究所生态学与环境保护中心GIS小组等进行了合作研究,通过对藏东南小昌都黑白仰鼻猴群的跟踪调查,结合GIS分析,取得以下主要研究结果:1)虽然此猴群的多年家域范围在海拔3500-4500米之间,但其冬季利用的主要区域在较高的海拔4100-4400米之间;2)研究地点的气温虽然随着海拔高度的增加而降低,但太阳辐射强度和日照时长却随着海拔高度的增加而增加;3)黑白仰鼻猴冬季栖息地利用与太阳辐射强度和日照时长呈显着相关;4)黑白仰鼻猴在下雪后通常移动到太阳辐射较强和日照时间较长的高海拔地带,这里通常积雪融化快,其主要食物地衣也暴露的较早。研究结果证实了太阳辐射是影响黑白仰鼻猴小昌都猴群冬季家域选择的重要的因素之一,提出了解释黑白仰鼻猴冬季偏好在高海拔地带越冬的“光照假说”,这与此前人们用来解释野生动物季节性迁移模式的食物丰富度、温度、捕食者等假说有所不同。http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0024449

 

2010年6月:Journal of Ecology-植物空间遗传结构影响因素研究取得新进展

植物居群空间遗传结构的形成是一个受多因素影响的多阶段发展过程,这些因素主要包括通过种子和花粉散布的基因流、各种自然选择压力以及现有植株的分布格局等。由于因素众多、过程复杂,各个因素在该过程中的作用一直是生态学研究中的最关注的问题之一。我园动植物关系组博士研究生周会平和导师陈进研究员以一种雌雄异株的歪叶榕为研究对象,揭示了种子散布者、种子流和花粉流以及幼苗到成年植株经历的自然选择作用等多个因素对空间遗传结构的影响,研究结果近日在生态学权威期刊Journal of Ecology在线发表。榕树植物是热带雨林的代表物种,以与传粉榕小蜂一对一的协同进化关系闻名,也是热带食果动物最重要的食物来源。研究人员选择雌雄异株的林下小乔木歪叶榕(Ficus cyrtophylla)为研究对象,对其种子散布者、种子雨格局、现有植株空间分布格局、微生境、种子流和花粉流、居群空间遗传结构、自然选择作用等进行全面调查研究。结果发现,该植物的主要种子散布者三种鹎类倾向将歪叶榕的种子散布到中等荫蔽度的微生境中,从而呈现种子雨及幼苗的聚集分布,但各年龄段的植株聚集度随年龄阶段增长而降低。通过微卫星亲本分析,表明种子和花粉均有相当比例的长距离散布,最远距离保守估计可达3 km以上(范围分别为9 m – 2.75 km 和10 m – 3 km)。在10 m以内的距离等级上遗传距离和空间距离呈显著正相关,到树苗阶段显著正相关消失。该研究表明,种子散布者和传粉榕小蜂的行为特点和远距离散布能力决定了歪叶榕种子雨、植株空间分布格局和空间遗传结构的形成;密度依赖性捕食、竞争及微生境适应性等选择作用导致了植物空间分布格局和空间遗传结构随种子-幼苗-树苗-成株更新过程的变化。本研究是一个整合了野外生态调查、分子标记与亲本分析、年龄组间差异比较等多实验手段和分析方法的全面研究,该研究较全面地揭示了各种因素在歪叶榕居群空间遗传结构的形成中作用,也为其他植物居群空间遗传结构形成机制的研究提供一个完整的案例。http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2745.2010.01683.x/full

 

2009年12月:Trends in Plant Science-世界知名植物园主任审视植物园与植物科学研究

适逢世界知名植物园同时迎来建园大庆,如英国皇家植物园邱园建园250周年,美国密苏里植物园建园150周年,同时还是达尔文诞辰200周年和《物种起源》问世150周年,植物学领域的顶级学术期刊《Trends in Plant Science》(植物科学趋势)特约这些植物园的重要专家为其撰稿,审视植物园在植物科学研究领域的角色和重要性。英国皇家植物园邱园前任主任(Peter R. Crane)和现任主任(Stephen D. Hopper)、美国密苏里植物园主任(Peter H. Raven)及纽约植物园主任(Dennis W. Stevenson)四位著名植物学家为该特刊共同撰写了题为“Plant science research in botanic gardens”的编辑部文章。该文阐明了植物学研究与植物保护在造福人类方方面面所起到的重要作用,以唤起人们对植物保护研究的重视。世界各植物园和树木园一直以来在植物多样性保护和植物新品种发掘方面做了大量的工作,包括植物分类学、园艺学、及分子系统发生学。但在当今的研究大潮中,在植物园和树木园里进行的这些研究工作经常被忽视,按照传统的评价标准,植物园和树木园里的植物学研究者也鲜少有人能跻身顶级植物学家的行列。然而,植被退化和野生植物燃烧所释放的二氧化碳约占全球二氧化碳释放量的五分之一,比整个交通运输系统释放的二氧化碳还要多。因此,人类社会的可持续发展必须以植物为基础,保存和恢复日益减少的生物多样性,将多余的碳储存起来。与此同时,植物学的研究和未来还须不断注入一批具有较高专业素质的新生力量,为当前植物园研究所面临的问题和挑战制订出一些基于实际而又具有创新性的解决方案。在这方面几个植物园新秀如美国的芝加哥植物园、南非的科斯坦布须(Kirstenbosch)植物园、中国科学院西双版纳热带植物园以及位于西澳大利亚的King’s Park 植物园等做出了突出的贡献,很多颇具创新性的研究都源自这几个植物园。值西双版纳热带植物园建园50周年之际,园主任陈进研究员等应邀为该专集撰文,阐明热带植物园应在生物多样性就地保护中发挥作用。

热带是全世界生物多样性集中分布区,仅占全世界陆地总面积7%的热带雨林,却集中分布了全世界50%以上的物种。占全世界植物园总数约20%的热带植物园,如何根据自身特点,积极抢救世界生物多样性尤为重要。陈进等认为,与温带植物园相比,热带植物园有其自身的特点,不能照搬温带植物园的发展模式。世界上热带植物园所处国家的社会经济发展水平相对较低,热带植物园中进行植物迁地保护带来的近源种间基因渗入和外来种入侵的风险可能较温带植物园大。同时,热带植物园所处的周边生态环境正快速恶化,热带植物园应发挥其保存收集了大量当地植物、丰富的植物园艺知识,以及和所在地政府及人民长期的合作关系等优势,把工作重点转移到应用多途径和综合手段的生态系统管理,并应站在就地生态系统管理的前沿。该文还列举了西双版纳热带植物园、香港嘉道理农场植物园和美国费尔查德植物园在开展生态系统就地管理方面的成功案例,并对世界热带植物园的未来发展提出10项建议。http://www.cell.com/trends/plant-science/abstract/S1360-1385(09)00209-X

 

2009年10月:Ecology-奇巧人工种子揭示姬鼠埋藏种子喜好

一些啮齿类动物在取食植物种子的同时还对部分种子进行分散贮藏,这种行为对一些大粒种子植物的扩散至关重要。种子的特征影响啮齿类动物的喜好,但由于自然界种子不同性状特征鳌合在一起,要弄清楚哪种性状影响啮齿类动物的选择行为实属不易。版纳植物园博士研究生王博及其导师陈进研究员通过设计一种人工种子和一组试验,巧妙地解决了上述难题。该研究在云南西北部中甸高山植物园内的一片天然松林里进行,研究人员用泥土做成种子形状,通过改变大小和人工种子的填充物比例来探讨种子大小、单宁含量以及营养成分对分散贮藏习性啮齿类动物的影响。该森林内进行种子分散埋藏的主要是二种姬鼠(Apodemus)。研究结果表明,姬鼠就地取食小种子,搬运埋藏中等大小的种子(直径1.2—2.5cm),并且种子越大被搬运的距离越远。种子的营养和单宁含量也同样显著影响啮齿类动物的行为,但这种影响在不同年份表现不一致。啮齿类动物也表现出一定程度的选择多个性状最优的种子。但总体上看,种子大小对这种具分散贮藏习性的啮齿类动物在种子取食和散布的选择中起决定性的作用。该研究结果还提示乔木植物可以通过简单地增大种子大小来提高种子的长距离散布能力。该人工种子研究系统还为今后进一步研究植物和啮齿类动物的相互关系及协同进化提供方法上的借鉴。该研究得到科技部973项目(2007CB411603)资助。http://www.esajournals.org/doi/abs/10.1890/08-2188.1