复旦大学2018年生物学 野外实习论文汇编 复旦大学2018年生物学野外实习小组 二零一八年九月
生物学野外实习论文汇编 0 复旦大学 2018 年生物学 野外实习论文汇编 复旦大学 2018 年生物学野外实习小组 二零一八年九月
生物学野外实习论文汇编 目录 基于定量化方法对天目山构树组植物深裂规律的探究 天目山毛竹与麻竹节长模型及其特性研究… 自然生长苎麻的3D建模与结构规律初探 天目山特定几种草本植物对遮阴环境的形态反应探究……53 天目山缠绕植物手性与倾角规律初探…… 基于音频分析法的天目山常见蝉类分类研究 不同色光影响下的铜绿丽金龟移动趋势探究… 天目山铜绿丽金龟对乙酸乙酯的耐受性与毒瓶的优化……113 天目山地区不同生境下昆虫多样性比较… 119 西天目山夏季鸟类群落结构的变化——从2009至2018….124 天目山低山草本群落次生演替初期物种变化与群落构建机制探究136 功能性状多样性预测群落稳定性 152 天目山地区雾水葛叶片不同光照强度下昆虫取食状对比研究……163 天目山地区常见克隆植物与局部物种多样性的关系初探171
生物学野外实习论文汇编 1 基于定量化方法对天目山构树组植物深裂规律的探究 ..................... 1 天目山毛竹与麻竹节长模型及其特性研究 ...................................... 20 自然生长苎麻的 3D 建模与结构规律初探........................................ 40 天目山特定几种草本植物对遮阴环境的形态反应探究 ................... 53 天目山缠绕植物手性与倾角规律初探.............................................. 72 基于音频分析法的天目山常见蝉类分类研究................................... 81 不同色光影响下的铜绿丽金龟移动趋势探究................................... 95 天目山铜绿丽金龟对乙酸乙酯的耐受性与毒瓶的优化 ..................113 天目山地区不同生境下昆虫多样性比较.........................................119 西天目山夏季鸟类群落结构的变化——从 2009 至 2018 ...............124 天目山低山草本群落次生演替初期物种变化与群落构建机制探究136 功能性状多样性预测群落稳定性 ....................................................152 天目山地区雾水葛叶片不同光照强度下昆虫取食状对比研究.......163 天目山地区常见克隆植物与局部物种多样性的关系初探...............171 目录
基于定量化方法对天目山构树组植物深裂规律的探究 基于定量化方法对天目山构树组植物深裂 规律的探究 胡婧怡!叶芳菲·姚舒宁宁雅昕 (复旦大学生命科学学院,上海200433) 摘要:许多植物具有异形叶特征。现有的关于异形叶的研究主要集中在眼子菜等异形叶片具有明显形状差 异的物种上,而对于构树组植物这类以不同深裂程度区分的异形叶,则鲜有关注。本研究尝试用定量化的 方法描述构树组植物的异形叶,并对天目山自然保护区中禅源寺、天目书院和红庙附近的构树组植物展开 较为全面的调查。调查结果显示,天目山的构树组植物更易在光照情况良好的情况下,产生深裂程度较大 的叶片。这一定程度上反映了植物异形叶参与植物对环境的适应。除此之外,我们还发现了其他影响植物 异形叶的因素,这些因素相互作用,十分复杂。我们的研究可以为将来对异形叶的研究提供某些参考 关键词:异形叶,构树组植物,深裂程度,定量化,光照情况 The Investigation in the rule of Deep Cracks in Sect. Broussonetia Corner of Tianmu Mountain Based on Quantitative Methods School ofLife Sciences, Fudan University Shanghai 200433 focused on the species with obvious shape difference, such as Potamogeton octandrus, etc, while there was little attention on the plants in Sect. Broussonetia Corner, whose leaves were distinguished by different degrees of deep cracks. This study attempted to describe the heteromorphic leaves of the plant in Sect. Broussonetia Corner with quantitative methods, and conducted a comparatively comprehensive investigation on the plants Sect. Broussonetia Corner in the Tianmu Mountain Nature Reserve near Chanyuan Temple, Tianmu Academy and Hongmiao Temple. The results showed that the plants of Tianmu Mountain were more likely to produce the leaves with deep cracks when the sunlight conditions was favourable. To some extent, this reflected the participation of heterophyll in plants' adaptation to the environment. In addition, we also found other factors acting on heterophyll, which were very complex Our study may provide some reference for future studies on heterophyll Key words: heterophyll, Sect. Broussonetia Corner, the degree of deep cracks, quantification, sunlight conditions 叶是植物的营养器官之一,不同种类的植物具有形态各异的叶。大部分植物个体在自然 生长的状态下,叶形在整个发育阶段中几乎没有什么变化。但是也有许多植物个体的叶由于 所处发育阶段的不同或者环境的不同,而表现出不同的形态。这种同一植株上长出不同形态 1共同第一作者 Author for correspondence
1 基于定量化方法对天目山构树组植物深裂规律的探究 基于定量化方法对天目山构树组植物深裂 规律的探究 胡婧怡1 叶芳菲* 姚舒宁* 宁雅昕* （复旦大学生命科学学院，上海 200433） 摘要：许多植物具有异形叶特征。现有的关于异形叶的研究主要集中在眼子菜等异形叶片具有明显形状差 异的物种上，而对于构树组植物这类以不同深裂程度区分的异形叶，则鲜有关注。本研究尝试用定量化的 方法描述构树组植物的异形叶，并对天目山自然保护区中禅源寺、天目书院和红庙附近的构树组植物展开 较为全面的调查。调查结果显示，天目山的构树组植物更易在光照情况良好的情况下，产生深裂程度较大 的叶片。这一定程度上反映了植物异形叶参与植物对环境的适应。除此之外，我们还发现了其他影响植物 异形叶的因素，这些因素相互作用，十分复杂。我们的研究可以为将来对异形叶的研究提供某些参考。 关键词：异形叶，构树组植物，深裂程度，定量化，光照情况 The Investigation in the Rule of Deep Cracks in Sect. Broussonetia Corner of Tianmu Mountain Based on Quantitative Methods Jingyi Hu 1 , Fangfei Ye 1 , Shuning Yao 1 , Yaxin Ning 1 School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200433 Abstract: Many plants have heterophyll features. The existing studies on the heterotypic leaves mainly focused on the species with obvious shape difference, such as Potamogeton octandrus, etc., while there was little attention on the plants in Sect. Broussonetia Corner, whose leaves were distinguished by different degrees of deep cracks. This study attempted to describe the heteromorphic leaves of the plants in Sect. Broussonetia Corner with quantitative methods, and conducted a comparatively comprehensive investigation on the plants Sect. Broussonetia Corner in the Tianmu Mountain Nature Reserve near Chanyuan Temple, Tianmu Academy and Hongmiao Temple. The results showed that the plants of Tianmu Mountain were more likely to produce the leaves with deep cracks when the sunlight conditions was favourable. To some extent, this reflected the participation of heterophyll in plants' adaptation to the environment. In addition, we also found other factors acting on heterophyll, which were very complex. Our study may provide some reference for future studies on heterophyll. Key words: heterophyll, Sect. Broussonetia Corner, the degree of deep cracks, quantification, sunlight conditions 叶是植物的营养器官之一，不同种类的植物具有形态各异的叶。大部分植物个体在自然 生长的状态下，叶形在整个发育阶段中几乎没有什么变化。但是也有许多植物个体的叶由于 所处发育阶段的不同或者环境的不同，而表现出不同的形态。这种同一植株上长出不同形态 1 共同第一作者 Author for correspondence
生物学野外实习论文汇编 的叶的特性,叫做异形叶性。典型的具有异形叶性的物种有:多年生沉水植物钝脊眼子菜 Potamogeton octandrus,同一植株水下的叶片多为线形或披针形的沉水叶,水上的叶片多为 椭圆形或矩圆形的浮水叶(赫丁轩等,2018)。此外,龙柏、胡杨等陆生植物也具有典型的 异形叶特征,不同叶形的叶片具有不同的光合作用效率,从而达到对环境的适应(林东霞 2006:姚艺飞,2018)。据报道,异形叶的产生与植物激素分布、生长环境等相关,比如过 多的乙烯会使植物的叶片趋向于往长、细、缺少气孔的水生叶方向发展,低温和缺氧会对植 物叶片带来类似于水生环境的影响( Nakayama H et al,2017, Kim j et al,2017) 构树组植物也具有异形叶特征。目前天目山保留有桑科 Moraceae构属 broussonetia构 树组 Sect. Broussonetia Corner2种1变种,分别是构树 Broussonetia papyrifera(Lin)LHer ex Vent,小构树 Broussonetia kazinoki sieb和藤构 Broussonetia kaempferi Sieb.var. australi Suzuki,,其中藤构是藤葡蟠 broussonetia.kα kempfer Sieb的一个变种(金水虎等,2009)。构 树组的三种植物中,构树为落叶乔木,叶背面和茎上多密生绒毛,雌雄异株:小构为落叶灌 木,叶背面几乎无毛,雌雄同株:藤构为蔓生藤状灌木,叶表面无毛,雌雄异株(郑汉臣等, 2002;金水虎等,2009)。它们都具有广泛的经济和药用用途(郑汉臣等,2002:杨小建等 2007)。 与眼子菜等植物不同的是,构树组植物的异形叶在叶片大致形状上的差异并不显著,具 体细节上的差异则更加复杂。区分构树组植物不同叶形的主要特征是叶片的深裂程度。深裂, 即缺刻,指叶片边缘凹陷的部位。构树属植物具有复杂的深裂情况,构树多3-5裂,小构不 裂或3裂,藤构通常不裂(金水虎等,2009)。在不同生境下,不同植株的深裂情况大为不 同。构树组植物的同一植株上,幼叶和老叶都具有不同程度的深裂,不同枝条之间深裂程度 也不尽相同。迄今为止,还没有对构树组植物叶片深裂规律进行的报道,对于异形叶的研究 多数集中在眼子菜等叶片形状具有典型差异的植物上。而对于构树组植物来说,描述异形叶 片本身即是一个难点。我们对天目山自然保护区中禅源寺、天目书院和红庙附近的构树组 种植物的深裂情况进行了详尽的野外实地考察,通过定量化的手段来描述构树异形叶片的特 征,以此探究枃树组植物同一植株上叶片的深裂规律以及枃树植株整体深裂情况与其所处的 光照环境的关系,从而更加深入地理解叶片深裂对构树组植物生长发育的意义,也尝试为植 物异形叶的研究提供另外的思路 构树组的三种植物十分相似,其中构树可以通过树形和叶片、茎上的绒毛与其他两种物 种进行区别。而小构和藤构生长环境相似、植株特征相似,根据现有的资料我们难以在野外 正确地将其进行区分,另又有文献指出小构和藤构在分子亲缘关系上的统一性( Chung K-F eral,2017),故我们将这两种物种得到的实验结果做统一分析。本文中所讨论的“小构”本 身可能既含小构、又含藤构,其具体原因将在讨论部分进行进一步的阐述。 1材料和研究方法 1.1研究地区概况 本课题研究于浙江省天目山自然保护区开展。天目山自然保护区(30°1830-30°2455”, 1192411"-119°2821"E)位于浙江省杭州市西北部临安区境内,海拔范围300-1556m,是国 家级森林和野生动物类型自然保护区。 天目山自然保护区地处亚热带北缘,又受其特殊的山体结构的影响,形成了冬暖夏凉的 小气候,生物资源丰富,其中森林景观有着“古、大、高、稀”的特点,蔚为壮观。目前天目
生物学野外实习论文汇编 2 的叶的特性，叫做异形叶性。典型的具有异形叶性的物种有：多年生沉水植物钝脊眼子菜 Potamogeton octandrus，同一植株水下的叶片多为线形或披针形的沉水叶，水上的叶片多为 椭圆形或矩圆形的浮水叶（赫丁轩等，2018）。此外，龙柏、胡杨等陆生植物也具有典型的 异形叶特征，不同叶形的叶片具有不同的光合作用效率，从而达到对环境的适应（林东霞， 2006；姚艺飞，2018）。据报道，异形叶的产生与植物激素分布、生长环境等相关，比如过 多的乙烯会使植物的叶片趋向于往长、细、缺少气孔的水生叶方向发展，低温和缺氧会对植 物叶片带来类似于水生环境的影响（Nakayama H et al., 2017; Kim J et al., 2017）。 构树组植物也具有异形叶特征。目前天目山保留有桑科 Moraceae 构属 Broussonetia 构 树组 Sect. Broussonetia Corner 2 种 1 变种，分别是构树 Broussonetia papyrifera (Linn.) L'Hér. ex Vent.，小构树 Broussonetia kazinoki Sieb.和藤构 Broussonetia kaempferi Sieb. var. australis Suzuki，其中藤构是藤葡蟠 Broussonetia. kaempferi Sieb 的一个变种（金水虎等，2009）。构 树组的三种植物中，构树为落叶乔木，叶背面和茎上多密生绒毛，雌雄异株；小构为落叶灌 木，叶背面几乎无毛，雌雄同株；藤构为蔓生藤状灌木，叶表面无毛，雌雄异株（郑汉臣等， 2002；金水虎等，2009）。它们都具有广泛的经济和药用用途（郑汉臣等，2002；杨小建等， 2007）。 与眼子菜等植物不同的是，构树组植物的异形叶在叶片大致形状上的差异并不显著，具 体细节上的差异则更加复杂。区分构树组植物不同叶形的主要特征是叶片的深裂程度。深裂， 即缺刻，指叶片边缘凹陷的部位。构树属植物具有复杂的深裂情况，构树多 3-5 裂，小构不 裂或 3 裂，藤构通常不裂（金水虎等，2009）。在不同生境下，不同植株的深裂情况大为不 同。构树组植物的同一植株上，幼叶和老叶都具有不同程度的深裂，不同枝条之间深裂程度 也不尽相同。迄今为止，还没有对构树组植物叶片深裂规律进行的报道，对于异形叶的研究 多数集中在眼子菜等叶片形状具有典型差异的植物上。而对于构树组植物来说，描述异形叶 片本身即是一个难点。我们对天目山自然保护区中禅源寺、天目书院和红庙附近的构树组多 种植物的深裂情况进行了详尽的野外实地考察，通过定量化的手段来描述构树异形叶片的特 征，以此探究构树组植物同一植株上叶片的深裂规律以及构树植株整体深裂情况与其所处的 光照环境的关系，从而更加深入地理解叶片深裂对构树组植物生长发育的意义，也尝试为植 物异形叶的研究提供另外的思路。 构树组的三种植物十分相似，其中构树可以通过树形和叶片、茎上的绒毛与其他两种物 种进行区别。而小构和藤构生长环境相似、植株特征相似，根据现有的资料我们难以在野外 正确地将其进行区分，另又有文献指出小构和藤构在分子亲缘关系上的统一性（Chung K-F et al., 2017），故我们将这两种物种得到的实验结果做统一分析。本文中所讨论的“小构”本 身可能既含小构、又含藤构，其具体原因将在讨论部分进行进一步的阐述。 1 材料和研究方法 1.1 研究地区概况 本课题研究于浙江省天目山自然保护区开展。天目山自然保护区（30°18′30″-30°24′55″， 119°24′11″-119°28′21″E）位于浙江省杭州市西北部临安区境内，海拔范围 300-1556m，是国 家级森林和野生动物类型自然保护区。 天目山自然保护区地处亚热带北缘，又受其特殊的山体结构的影响，形成了冬暖夏凉的 小气候，生物资源丰富，其中森林景观有着“古、大、高、稀”的特点，蔚为壮观。目前天目
生物学野外实习论文汇编 山保留有桑科 Moraceae构属 Broussonetia构树组2种1变种,分布于大有村、禅源寺、天 目书院、红庙等地。本次调査所选的区域有天目山禅源寺附近林地、禅源寺至天目书院沿路 和红庙附近公路。 1.2野外考察方法 1.2.1不同构树组植物生长环境的记录 生境是指生物生活的空间和其中全部生态因子的总和。生态因子包括光照、温度、水分 空气、无机盐类等非生物因子和食物、天敌等生物因子。一般描述植物的生境常着眼于环境 的非生物因子。由于本次调査所选的区域均在天目山范围内,海拔、温度、水分条件接近 又因为测量设备、技术有限,无法测定空气及无机盐的组分及含量,我们对构树组植物生境 的记录主要着眼于光照条件,对不同光照条件下的植株分别记为全阳生、全阴生、半阴半阳 生。若整株植株在整个白天均能受到阳光的直接照射而不被遮荫,记为全阳生;若整株植株 在整个白天均被遮荫而不能受到阳光的直接照射,记为全阴生:其余情况记为半阴半阳生。 故“半阴半阳”不严格表示数学意义上的一半。记录时主要采用照片和笔记两种形式。 1.2.2构树组植物叶片的取样 对野外自然生长的构树组植株枝条进行随机取样,不区分枝条的深裂程度。为保护植株 完整性,对构树的每株植株,随机选择其枝条总数20%的枝条进行叶片取样:;对小构的每株 植株,随机选择其枝条总数10%的枝条进行叶片取样(遇小数则去尾取整)。对每根枝条 取枝条顶端(即形态学上端)第一片完整的展开叶、处于枝条中间位置的完整叶片、离枝条 基部(即形态学下端)最近的一片完整叶片共三片叶片,分别记为上、中、下,在台纸上平 铺并拍照记录。 值得说明的是,小构和藤构的实验结果将合并讨论,构树与这两个物种的实验结果将分 开讨论 1.2.3构树全株枝条的深裂情况的统计 将构树植株上叶片数量大于5的枝条视作成熟枝条,我们的研究对象为单株构树上的 所有成熟枝条。一根枝条中,三裂及以上的叶片权重记为0,二裂的叶片权重记为05,不 裂的叶片权重记为1,相应叶片数乘以权重,再除以叶片总数,所得的加权平均数即为枝条 叶片完整度。枝条叶片完整度不大于20%则将此枝条记作全裂枝条,不小于80%则记作不 裂枝条,其余记作半裂枝条(表1)。全裂、半裂、不裂即用于描述具有不同深裂情况的枝 条。我们共统计了天目山禅源寺、天目书院、红庙附近共12棵构树全株枝条的深裂情况 枝条叶片完整度p=(x1×0+x2×0.5+xx×1)×100%(x+x2+x3>5),x1,三裂及以上叶片数;x 二裂叶片数:x3,不裂叶片数。 由于小构和藤构是小型灌木,时常生有蔓生枝,在生长环境中常常与其他植物互相缠绕 覆盖,不便进行整棵植株的分析,故未统计小构和藤构植株上全枝条的深裂程度。 1.3数据处理 1.3.1构树组植物叶片深裂程度的分析 图像分析软件使用 ImageJ。利用 Binary- Outlines功能将叶片的外轮廓描出并计算面积 A1(脚本见附件)。再根据叶片原有的轮廓,手动描出完整卵圆形叶片的形状(图2),用 Measure功能计算面积A2。计算叶片深裂程度使用 Excel分析软件,叶片深裂程度=1-A/A2。 需要补充的是,基于对构树全株枝条深裂情况的统计和对大量构树枝条上叶片深裂程度 的计算,我们可以用加权平均数描述构树全株植株的深裂程度。具体计算方法见图3注释。 1.3.2统计与作图 作图软件使用 GraphPad Prisms5。柱形图作图方法:开始界面中选择 Column bar graph
生物学野外实习论文汇编 3 山保留有桑科 Moraceae 构属 Broussonetia 构树组 2 种 1 变种，分布于大有村、禅源寺、天 目书院、红庙等地。本次调查所选的区域有天目山禅源寺附近林地、禅源寺至天目书院沿路 和红庙附近公路。 1.2 野外考察方法 1.2.1 不同构树组植物生长环境的记录 生境是指生物生活的空间和其中全部生态因子的总和。生态因子包括光照、温度、水分、 空气、无机盐类等非生物因子和食物、天敌等生物因子。一般描述植物的生境常着眼于环境 的非生物因子。由于本次调查所选的区域均在天目山范围内，海拔、温度、水分条件接近， 又因为测量设备、技术有限，无法测定空气及无机盐的组分及含量，我们对构树组植物生境 的记录主要着眼于光照条件，对不同光照条件下的植株分别记为全阳生、全阴生、半阴半阳 生。若整株植株在整个白天均能受到阳光的直接照射而不被遮荫，记为全阳生；若整株植株 在整个白天均被遮荫而不能受到阳光的直接照射，记为全阴生；其余情况记为半阴半阳生。 故“半阴半阳”不严格表示数学意义上的一半。记录时主要采用照片和笔记两种形式。 1.2.2 构树组植物叶片的取样 对野外自然生长的构树组植株枝条进行随机取样，不区分枝条的深裂程度。为保护植株 完整性，对构树的每株植株，随机选择其枝条总数 20%的枝条进行叶片取样；对小构的每株 植株，随机选择其枝条总数 10%的枝条进行叶片取样（遇小数则去尾取整）。对每根枝条， 取枝条顶端（即形态学上端）第一片完整的展开叶、处于枝条中间位置的完整叶片、离枝条 基部（即形态学下端）最近的一片完整叶片共三片叶片，分别记为上、中、下，在台纸上平 铺并拍照记录。 值得说明的是，小构和藤构的实验结果将合并讨论，构树与这两个物种的实验结果将分 开讨论。 1.2.3 构树全株枝条的深裂情况的统计 将构树植株上叶片数量大于 5 的枝条视作成熟枝条，我们的研究对象为单株构树上的 所有成熟枝条。一根枝条中，三裂及以上的叶片权重记为 0，二裂的叶片权重记为 0.5，不 裂的叶片权重记为 1，相应叶片数乘以权重，再除以叶片总数，所得的加权平均数即为枝条 叶片完整度。枝条叶片完整度不大于 20%则将此枝条记作全裂枝条，不小于 80%则记作不 裂枝条，其余记作半裂枝条（表 1）。全裂、半裂、不裂即用于描述具有不同深裂情况的枝 条。我们共统计了天目山禅源寺、天目书院、红庙附近共 12 棵构树全株枝条的深裂情况。 枝条叶片完整度 μ=(x1×0+x2×0.5+x3×1)×100% (x1+x2+x3＞5), x1, 三裂及以上叶片数；x2, 二裂叶片数；x3, 不裂叶片数。 由于小构和藤构是小型灌木，时常生有蔓生枝，在生长环境中常常与其他植物互相缠绕、 覆盖，不便进行整棵植株的分析，故未统计小构和藤构植株上全枝条的深裂程度。 1.3 数据处理 1.3.1 构树组植物叶片深裂程度的分析 图像分析软件使用 ImageJ。利用 Binary-Outlines 功能将叶片的外轮廓描出并计算面积 A1（脚本见附件）。再根据叶片原有的轮廓，手动描出完整卵圆形叶片的形状（图 2），用 Measure 功能计算面积 A2。计算叶片深裂程度使用 Excel 分析软件，叶片深裂程度=1-A1/A2。 需要补充的是，基于对构树全株枝条深裂情况的统计和对大量构树枝条上叶片深裂程度 的计算，我们可以用加权平均数描述构树全株植株的深裂程度。具体计算方法见图 3 注释。 1.3.2 统计与作图 作图软件使用 GraphPad Prism5。柱形图作图方法：开始界面中选择 Column bar graph