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动植物关系生态与进化研究组(简称:动植物关系研究组,EEPAI)

本组简介
DSC_1098动植物关系研究组(EEPAI)建立于2002年。我们试图用野外生态学、分子生态学和生物化学等多学科研究手段,研究动植物相互关系对生态系统的影响及其在进化上的意义。目前主要回答的科学问题包括:1)动植物相互作用的复杂性如何对地上、地下生态系统生物多样性的维持产生影响?2)动植物关系相互作用与协同进化多大程度促进生物多样性的形成?3)动植物关系相互重要的马赛克效应的普遍性及其生物学意义;4)生物学家和生物学研究机构如何提高公众对生物多样性保护的意识。同时,培养硕士和博士研究生是EEPAI的重要工作内容,我们的教育理念是通过培养提高学生的独立思考和解决问题的能力,我们鼓励学生开展他们自己感兴趣和独立思考的研究课题。

组长

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陈 进:博士,研究员,从事动植物相互关系及协同进化、生态学及环境教育等领域的研究。

E-mails: chenjin@xtbg.ac.cn;            cj@xtbg.org.cn

 

 

组员

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张玲:博士,研究员,从事植物繁殖生物学、动植物相互关系及协同进化研究。

E-mail: zhangl@xtbg.org.cn

 

 

 

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高洁:博士,副研究员,从事群体遗传学、适应性进化以及基因家族的进化研究。

E-mail: gaojie@xtbg.org.cn

 

ZJ

 

赵瑾:博士,助理研究员,从事植物-昆虫的协同进化,植物防御策略的生态适应性与进化。

E-mail: zhaojin@xtbg.org.cn

 

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王刚:博士,助理研究员,主要以榕树-榕小蜂专性互惠系统做为主要研究材料,研究协同进化对物种多样性形成和特征性状进化的影响。

E-mail: wanggang@xtbg.org.cn

 

 

博士后

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Christos Mammides: 博士,从事保护生物学研究。

Email: cmammides@xtbg.ac.cn

 

 

主要研究进展:

热带季节雨林小尺度微生境异质性的时空变化及其对林下幼苗分布与更新的影响:群落尺度土壤养分空间异质性对于热带雨林的生物多样性的重要性已经得到了科学家的广泛认同。但是关于土壤养分异质性形成机制的研究开展较少。而对其形成机制的探讨将有助于加深我们对生物多样性维持机制的理解。我组博士研究生夏尚文在导师陈进研究员的指导下,在版纳20公顷热带季节雨林动态样地内选择了1公顷的小样方,探讨了地形因子和植物凋落物输入对小尺度土壤养分空间格局的影响。研究发现土壤总氮、铵态氮、有效磷和钾的空间变异主要表现在25m左右尺度,其变异显著的受到了凋落物的影响。而土壤pH值的空间变异则大于25m尺度,且显著的受到地形的影响。本研究结果强调了生物因子对微尺度土壤异质性的重要意义(Xia et al., Plant and Soil, 2015, 391:51-61)。

自然体验对学生的亲生物性、动物保护意愿和态度影响研究:在城市化进程加快的今天,孩子们体验接触自然的机会越来越少,逐渐的对自然中的事物产生了漠不关心,而这种与大自然越来越疏远的现象被称为“自然缺失症”。中国目前在环境教评估自然接触对于孩子们的生物感知和保护意识的研究还很缺乏。本调查研究了中国地区15所小学学生的(研究学校按照城市化水平被划分为城市,城镇,农村学校)的自然体验程度和学生相应的亲生物性,惧生物性和动物保护态度。调查研究的主要方法为自我报告的问卷和动物标本展示。研究发现,随着城市化水平的增加,学生体验自然的程度降低。自然体验间接通过亲生物性调控学生的动物保护意愿和态度。该研究理论上建立了自然接触通过影响对生物的感知进而影响人们对生物多样性的保护态度和意愿。技术上引用了动物标本来测试学生对生物的感知程度(Zhang et al., Biological Conservation, 2014, 177:109-116)。

土壤动物对生态过程影响。通过建立人工操控系统,研究发现,物理破碎可以提高弹尾对凋落物的分解,揭示不同类型土壤动物对凋落物的分解的协同作用(Yang et al., European Journal of Soil Biology, 2012)。随全球变暖和大气CO2浓度的增加,土壤碳输入输出格局如何变化是一个重要的热点问题。我们采用同位素示踪技术模拟可利用有机碳不同输入方式对土壤原有有机碳分解的影响,研究发现尽管激发效应加速了原有土壤有机碳的分解,但是增加植物产量引起的有机碳输入可能会增加原有土壤有机碳的含量(Qiao et al. Global Change Biology, 2014, 6:1943-1954)。

动物行为学的相关研究。通过回放实验对大盘尾(Dicrurus paradiseus)的效鸣功能进行了调查并发现与发出自身固有声音相比较,大盘尾遇到危险时更倾向于模仿其他物种的声音,这样可以吸引其他物种来参与围攻,尽可能地减少自身的危险。效鸣是在某些情况下的自适应行为,即使是对同一类鸟群,效鸣在不同的情况下也发挥着不同的作用(Goodale et al., Ethology, 2014)。通过定量评估报警模仿和筑巢周期之间的关系发现大盘尾在雏鸟孵化后或者被成鸟抚育时对食肉动物的效鸣达到高峰,且显著高于孵化期间或者雏鸟被抚育于一个混合种群中时(Goodale et al., Behaviour, 2014)。

以榕树为研究系统的动植物相互关系及协同进化研究:榕属是单属种类最多的木本植物,也是热带雨林中的关键物种。在过去的研究中,并研究组针对榕种子散布、传粉和取食防御作为植物生活史的三个最关键阶段,开展相关研究,旨在探讨不同类型的动植物关系对榕树生态与进化产生的影响。大量的研究工作仍在进行中,已经取得的研究结果主要包括: 1)采用微卫星标记技术(SSR), 探讨种子流、花粉流和其它自然选择作用等因素对一种雌雄异株榕树(歪叶榕)空间遗传结构的影响。研究发现食果鸟的习性对歪叶榕种子的散布和居群间基因交流起决定性作用,而更新过程中的各种选择作用则在空间遗传结构发展和成株最终空间遗传结构格局的形成中扮演着重要角色(Zhou & Chen, Journal of Ecology, 2010)。2) 通过对榕树花粉形态和传粉模式的观察,结合系统发育关系分析,发现传粉模式的改变很可能重塑了榕树花粉形状的进化(Wang et al., Plos One, 2014)。3)综合运用植物挥发物分析、昆虫行为选择和人工杂交手段,探讨同域近缘榕树间专性传粉关系的维持机制及潜在后果,发现该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,近缘种间存在因传粉者错误拜访而导致的自然杂交可能(Wang et al., Annals of Botany, 2013)。 4)通过对三种榕树在不同光照和肥力情况下对昆虫取食的响应比较,发现不同植物呈现出的补偿生长和防御策略各不相同,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。也为热带森林多样物种共存研究提出一新的研究课题(Zhao & Chen, Plos One, 2013)。

主要科研项目:

1.榕树与榕小蜂协同进化的地理马赛克效应及其进化含义,国家自然科学基金联合项目(主持人:陈进,2015-2018,220万)

2.热带季节雨林小尺度微生境异质性的时空变化及其对林下幼苗分布与更新的影响,国家自然科学基金面上项目(主持人:陈进,2014-2016,83万)

3.西南-云贵渝地区本土植物清查与保护,植物园联盟项目(主持人:陈进,2013-2016,180万)

4.水生克隆植物的表型可塑性及表观遗传学机制,国家自然科学基金面上项目(主持人:高雷,2015-2018,80万)

5.种子散布过程对桑寄生植物分布格局及空间遗传结构的影响,国家自然科学基金面上项目(主持人:张玲,2012-2015,55万)

6.同质园背景下榕属植物胶乳生理生态功能探讨,国家自然科学基金青年项目(主持人:赵瑾,2014-2016,24万)

7.榕属植物胶乳分泌的时间节律性与植食性昆虫取食的关系,西部之光-博士项目(主持人:赵瑾,2014-2016,10万)

8.宿主转移对榕树物种分化的影响,国家自然科学基金青年项目(主持人:王刚,2015-2017,24万)

9.榕属植物老茎挂果现象的进化驱动力研究,西部之光-博士项目(主持人:王刚,2015-2017,10万)