项目名称青藏高原东北部种子生态学研究

项目名称：青藏高原东北部种子生态学研究申报奖种：自然科学奖项目简介：种子是植物生活史上不可缺少的关键阶段，一直是生态学家关注的重要研究对象。种子是种子植物遗传信息的保存者与传递者，是植物在环境胁迫中保证物种繁衍的适应性策略，更是延续和散布自身和后代的重要方式。在种子的所有特征中，种子大小是植物生活史中的一个核心特征，种子大小与其它许多植物性状和生态因子，如种子萌发、幼苗生长等紧密相关，并影响一个物种在不同环境中的竞争、扩散和恢复对策，最终影响到植物的适合度。同时，种子休眠与萌发是高等植物个体发育中的重要事件，它关系到种群的生存和发展，也是植物为适应环境以保持自身的繁殖发展而形成的一种生物特性，具有重要的生态学意义。此外，土壤种子库时期是植物生活史的潜种群阶段，反映了植被的演化进程，在重塑和维持物种多样性及退化生态系统的恢复方面扮演着重要角色。关于以上方面的研究在Nature、Science、PNAS等顶级刊物发表大量论文，相关科学问题被反复提出，足见学术界的关注程度。然而，纵观国内外的研究，大部分研究仅是在以上整个过程的某一环节展开，几乎没有研究从整体出发，对种子再到种子的过程进行长期、系统的生态学研究。自上世纪九十年代起，本项目组针对生态学长期以来备受关注的种子为研究核心，依托“兰州大学高寒草甸与湿地生态系统野外定位研究站”，通过大尺度调查研究、长期野外观测、及控制实验等方法，在青藏高原东部高寒生态系统开展了近三十年的从植物生活史对策、种子大小、种子萌发与休眠，以及到土壤种子库的系统研究，主要研究包括以下四个方面：1）对常见植物和典型毒杂草的生活史对策进行了长期野外观测和系统研究；2）对98个科450个属的1355种被子植物种子大小的变异和进化趋势进行了系统研究；3）系统研究了633种常见植物种子的萌发能力和群落组分种的幼苗生长特性；4）通过采集10.95万个土芯，鉴定14.73万个幼苗，研究了青藏高原主要植被类型种子库组成和结构，及种子库在植被更新和恢复中的作用。主要发现包括：1）揭示了高寒草甸常见植物和毒杂草的繁殖分配和性分配对策，为毒杂草的管理和防治提供科学依据；2）阐明了植物种子大小变异的生态适应和进化规律，揭示种子形态特征的地理分布式样和环境响应模式；3）揭示了青藏高原东部高寒草甸常见植物种子的萌发能力及群落主要组分种的幼苗生长特性，及其与系统发育史、植物生活史特征及环境因素之间关系。4）探明青藏高原主要植被型的种子库结构及动态，揭示了种子库在植物群落更新和退化植被恢复中的作用机制。纵观国内外的研究，大部分研究仅是在生活史对策，种子大小与进化，种子萌发与休眠，或者土壤种子库生态学领域内，几乎没有任何研究机构，把以上四个研究领域有机的统一起来，作为整体来研究其生态学过程和机制。以上成果为理解高寒地区的植物种群动态和群落更新，可为高寒生态系统的保护、恢复和管理提供理论依据，为种子生态学的发展做出了重要贡献。截止2016年1月，本项目共发表论文116篇，其中SCI论文56篇，中文核心论文60篇。主要发表在NewPhytologist、JournalofEcology、Oikos、BMCPlantBiology等生态学重要学术期刊。十篇代表性论文被SCI他引165次。其中，2011年发表在JournalofEcology上的文章被《植物学报》列为“2012年中国植物科学若干领域重要研究进展”。2014年发表在NewPhytologist上的文章2015年被种康院士等进行了专门报道。2012年发表在Oikos上的文章获得主编推荐（EditorChoice），主编DriesBonte教授评价该文“是一篇高质量及高影响力的文章”。此外，该文章还得到国际论文评价机构（Altmetric）的专门报道。2010年发表在BMCPlantBiology上的文章多次被英国科学院院刊引用。2007年发表在PlantEcology上的文章被主流SCI期刊他引41次。依托本项目培养博士30余名，硕士50余名，青年教师10余名，其中1人已成为国家重点研发计划项目首席科学家。主要完成人情况表：姓名排名技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献曾获科技奖励情况杜国祯1教授兰州大学兰州大学以通讯作者发表代表性论文1-10，其他SCI论文的通讯作者或共同作者。负责项目的整体规划，主要问题提出和设计、指导实施大分部实验研究和论文撰写工作。①青藏高原高寒草甸植物群落构建与地上/地下反馈机制,甘肃省自然科学一等奖，2016年，第一完成人。②黄河重要水源补给区（玛曲）生态修复及保护技术集成研究与示范，甘肃省科技进步一等奖，2014年，第一完成人。③甘南高寒草地持续利用及提高生产力途径研究，甘肃省科技进步二等奖，2002年，第一完成人。马妙君2教授兰州大学兰州大学研究项目的主要实施者，以第一作者发表代表性论文8、9和10。在本项目中具体实施研究了青藏高原主要植被类型种子库组成和结构，及种子库在植被更新和恢复中的作用方面的研究。①获甘肃省杰出青年基金，2018年，第一完成人。②黄河重要水源补给区（玛曲）生态修复及保护技术集成研究与示范，甘肃省科技进步一等奖，2014年，第十二完成人。齐威3副教授兰州大学兰州大学研究项目的主要实施者，代表性论文4的第一作者。对青藏高原东缘1355种被子植物种子大小的变异和进化模式进行了的研究，揭示了青藏高原东缘种子大小变异的进化及生态适应和进化规律。无。赵志刚4教授兰州大学兰州大学研究项目的主要实施者，代表性论文5的第一作者。系统研究了毛茛科植物的繁殖分配和性分配问题，揭示了适应青藏高原高寒环境的生态学机制。①黄河重要水源补给区（玛曲）生态修复及保护技术集成研究与示范，甘肃省科技进步一等奖，2014年，第八完成人。郭辉5副教授南京农业大学兰州大学研究项目的主要实施者，代表性论文1和2的第一作者。主要研究了马先蒿属植物的生活史对策，揭示了植物植株大小、种子大小与数量以及环境因素影响种子产量的相关规律，明确了植物种子大小性状随海拔变化的相对保守性和种子产量对植株大小的依赖性，为进一步研究物种在胁迫环境下的适应对策提供了有力的证据支持。无。卜海燕6副教授兰州大学兰州大学研究项目的主要实施者，代表性论文6的第一作者。主要研究了青藏高原东部植物种子萌发与系统发育史、植物生活史特征及环境因素之间关系，是物种间种子萌发能力研究的重要补充，为探讨高寒草甸的物种组成和生态系统的动态变化提供理论依据。①黄河重要水源补给区（玛曲）生态修复及保护技术集成研究与示范，甘肃省科技进步一等奖，2014年，第二完成人。刘坤7讲师兰州大学兰州大学研究项目的主要实施者，代表性论文7的第一作者。主要研究了数百种植物的萌发及休眠特性，为我们进行生物多样性保护、植被的恢复提供了支持，而且为预测气候变化对群落结构的影响提供理论基础。无。张春辉8讲师青海大学兰州大学研究项目的主要实施者，代表性论文3的第一作者。主要研究了青藏高原东部植物种子萌发和幼苗更新对光照的响应机制，从群落水平上研究了种子及幼苗相关性状以及性状之间相互关系的影响，为探讨青藏高原东部高寒草甸的物种组成以及整个生态系统的动态变化提供了理论依据。无。10篇代表性论文专著目录序号论文、专著名称/刊名/作者影响因子年卷页码年(卷):页码发表年月通讯作者/第一作者(中文名)SCI他引次数他引总次数是否国内完成1ReproductiveallometryinPedicularisspecieschangeswithelevation/JournalofEcology/HuiGuo,JacobWeiner,SusanJ.Mazer,ZhigangZhao,GuozhenDu,BoLi.5.81100,452-4582012杜国祯/郭辉1313是2ExtrinsicandintrinsicsourcesofgeographicvariationinseedmasswithinandamongninespeciesofPedicularis(Orobanchaceae):effectsofelevation,plantsize,andseednumberperfruit/JournalofEcology/HuiGuo,SusanJ.Mazer&GuozhenDu.5.8198,1332-12422010杜国祯/郭辉3640是3Thecommunity-leveleffectoflightongerminationtiminginrelationtoseedmass:asourceofregenerationnichedifferentiation/NewPhytologist/ZhangChunhui,WillisCG,BurghardtLT,QiWei,LiuKun,MouraSouza-FilhoPRd,MaZhen,DuGuozhen7.332014（204）：496-5062014/11杜国祯/张春辉610是4Disentanglingecological,allometricandevolutionarydeterminantsoftherelationshipbetweenseedmassandelevation:insightsfrommultipleanalysesof1355angiospermspeciesontheeasternTibetanPlateau/Oikos/WeiQi,ShuqingGuo,XuelinChen,JHCCornelissen,HaiyanBu,GuozhenDu*,XianliangCui,WenjinLi,KunLiu4.032014,123(1):23-322014/01杜国祯/齐威712是5Theeffectofflowerpositiononvariationandcovariationinfloraltraitsinawildhermaphroditeplant/BMCPlantBiology/Zhao,Zhi-Gang;Du,Guo-Zhen;Huang,Shuang-Quan3.7422010,10:912010杜国祯/赵志刚45是6Seed

massandgerminationinanalpinemeadowontheeasternTsinghai-Tibetplateau/PlantEcology/Bu,Haiyan;Chen,Xuelin;Xu,Xiuli;LiuKun,JiaPeng,DuGuozhen1.824191:127–1492007杜国祯/卜海燕4152是7Effectofstorageconditionsongerminationof489speciesfromhighelevationgrasslandoftheeasternTibetPlateauandimplicationsforclimatechange/AmericanJournalOfBotany

/LiuKun,JerryBaskin,CarolBaskin,BuHaiyan,LiuMingxia,LiuWen,DuGuozhen2.79498:12-192011杜国祯/刘坤1620是8SeasonaldynamicsinalpinemeadowseedbanksalonganaltitudinalgradientontheTibetanPlateau/PlantandSoil/MiaojunMa,XianhuiZhou，GangWang,ZhenMa,GuozhenDu*3.736336:291-302.2010杜国祯/马妙君1427是9SoilseedbankdynamicsinalpinewetlandsuccessionontheTibetanPlateau/Plantand