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王青锋研究员:水生植物为水生生态健康保驾护

时间 : 2019-06-25 04:48


 
王青锋研究员:水生植物为水生生态健康保驾护航  
 

■华文

水是人类社会赖以生存和发展的基础。在淡水资源短缺、污染严重的今天,水生生态系统在水体净化中的作用越来越受到人们的关注,而作为水生生态系统第一生产力的水生植物则被认为是维护水生生态系统健康的关键。

“能否成功繁殖是水生植物在水生生态系统中发挥作用的核心问题。”中国科学院武汉植物园水生植物适应性进化学科组研究员王青锋说。近年来,围绕水生植物的基本繁殖特征和适应性变化机制,王青锋及其团队开展了一系列研究,进展显著。

瞄准水生植物繁育系统研究

我国是一个淡水资源紧缺的国家,淡水总贮量虽居世界第6位,但人均拥有量只有世界平均水平的1/4,分布不均匀,加上工业污水的排放和农业生产导致的水体富营养化、污染加剧,水生生态系统退化、无水可用、有水不能用的局面正在许多地区出现,严重制约了我国社会经济的发展。在贮量有减无增,需求量有增无减的双重压力之下,保护淡水资源成为维护人民生存环境的头等大事,湖泊湿地等水生生态系统健康和水环境安全已被列为我国的重大国家需求之一。作为水生生态系统第一生产力的水生植物在维护水生生态健康方面起着至关重要的作用。

王青锋介绍说:“水生植物代表着一类拥有适应水生环境条件的诸多特征的生物类群,他们虽然都生活在相似的水生环境中,但其演化却是在极其特殊的遗传与生态背景下进行的。因此,不同水生植物类群繁育系统的基本结构式样及其生态适应性是水生植物研究中最基本和核心的问题。”

为了更好地认识并利用水生植物,在中国科学院“百人计划”项目“水生被子植物繁育系统的适应性进化研究”的支持下,王青锋选定若干代表水生植物的关键类群,如慈姑属、海菜花属、荇菜属、水毛茛属等为主要研究对象,希望通过开展水生植物的繁育系统在自然环境梯度和异质生境作用下的变化规律、不同繁育系统类型对种群遗传结构和物种分化的影响等方面的研究,系统阐述水生植物繁育系统的适应性进化机制。

成果显著,意义重大

随着研究的不断深入,王青锋团队获得累累硕果。

在水生植物的系统分类研究方面,他们对水生植物的重要代表类群泽泻科进行了系统发育关系的分析,建立了泽泻科、水鳖科、小二仙草科的新分类系统;澄清了中国水韭属植物长期以来的物种分类混乱,发表了云贵水韭和东方水韭这两个中国特有的水韭属植物新种,阐明了中国水韭属多倍化物种形成的细胞地理学机制。编写了英文版《中国植物志》中泽泻科、花蔺科、黄花蔺科和水鳖科等类群。

在珍稀濒危类群的保护生物学研究方面,他们从生活史过程、种群动态、遗传多样性和生殖对策等方面研究了水蕨、粗梗水蕨、宽叶泽苔草、中华水韭、云贵水韭、高寒水韭等物种濒危的原因,以中国水韭属植物为个案提出了确定中国水生植物濒危等级的野外观测方法。

在水生植物的繁育系统研究方面,他们对具有特殊繁育系统的水生植物代表类群,如花柱二型性植物荇菜,具花序珠芽的宽叶泽苔草、泽苔草以及雌雄同株的慈姑属植物等进行了传粉生态及繁育系统的研究,发现了二型花柱在居群中的比例与居群大小、生境特征尤其是克隆繁殖特性有着一定的相关性,花柱型内及型间的形态变异以及型内交配不育导致所研究的30个居群的花柱型比相对稳定;宽叶泽苔草主要通过生长在花序上的珠芽进行繁殖,有效传粉的主体为蜂类,生存力分析显示该物种个体的死亡率高峰出现在5月中旬,并于该时间段的环境筛选有关;小慈姑和矮慈姑均存在依赖植株大小的性配置模式(SDS),而且雄性功能随着植株的大小的增加而增加,不同的是小慈姑通过改变花数数量来改变性配置,而矮慈姑则是通过改变花序上的雄花数量来改变性配置;在花粉限制的情况下,小慈姑可以改变花序数量来增加花期以提高获得花粉的机率,在营养限制的情况下,矮慈姑则可以通过改变资源在不同组分间的权衡关系来达到自身的优化配置。

此外,他们还开展了针对水鳖科的系统发育及繁育系统的演化、海菜花漂浮开花习性的传粉适应、中国海菜花属植物传粉适应性的比较、海菜花通过雌花对雄花的拟态实现传粉的进化生态意义、传粉强度对海菜花性比的影响等一系列研究,都取得了不同程度的进展。

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