紫茎泽兰耐冷性种群分化的分子生态机制

针对前期发现的紫茎泽兰入侵我国后通过耐冷性种群分化继续向长江流域扩张蔓延规律，通过克隆CBFs转录途径的关键转录因子CBF2和CBF3等，比较研究不同耐冷性分化的CBFs转录途径的主要原件CBF1,CBF2和CBF3转录因子的基因表达差异，并成功进行了耐冷性种群的CBF1向敏感种群的转基因，揭示了紫茎泽兰耐冷性种群分化主要受CBFs转录途径调节，进一步比较研究CBFs的拷贝数、插入位点（旁侧序列克隆）等揭示耐冷种群黄果树的插入位点的位置效应，可能是导致CBFs转录途径上调表达，产生耐寒性的重要分子机制。在该课题执行期间，项目主持人严格按照计划进行，并顺利完成计划任务。培养博士研究生1人，硕士研究生3人，本科生4人。申请国家国际发明专利1项，已发表SCI论文3篇；国内核心期刊论文4篇。举办国际会议1次：“全球环境变化下的杂草科学问题”国际学术研讨会暨第十三届江苏省杂草研究会学术年会（纪念江苏省杂草研究会成立30周年）（2011年11月27-29日，中国南京）。项目开展期间，与国际同行进行了广泛的学术交流，聘请了客座教授3人开展协作研究。

生态稳定性稳定性—涉及生态系统的各个层面

就如同人们在不同的时空尺度使用生态系统、生物群落和种群一样，人们也常常在不同的时空尺度谈论稳定性问题，因此就可能有诸如“长期稳定性”之类的说法，但在生态学领域，多数研究主要涉及中小时空尺度的稳定性问题。

良性生态系统稳定性的维持机制一直都是应用生态学家关注的重要问题之一，因为只有阐明了稳定性的机制，才有可能在生产或保护实践中维持或调控目标生态系统的稳定存在或发展。关于稳定性的机制，人们特别关注多样性或复杂性与稳定性之间的关系。

生态稳定性认识发展的几个关键节点

20世纪50年代，以MacArthur（1955）为代表的生态学家试图构建与种群间相互作用（如捕食者—被捕食者）为核心的生态稳定性理论，主要是在种群和群落水平。20世纪70年代初，人们对生态系统的认识（虽然也还是基于捕食者—被捕食者这样较简单系统的分析）从单一的平衡状态到多个平衡状态的转变（Holling 1973），宣告了理论生态学家的杰作—生态可塑性概念的粉墨登场。20世纪90年代初，以Scheffer为代表的生态学家（Scheffer et al. 1990）开始以水生态系统（特别是湖泊生态系统）为例，研究生态系统在不同状态间的转化问题（即所谓稳态转化），这或许因为湖泊生态系统（特别是浅水湖泊）在人类活动的干扰（如营养盐输入）下，在较短的时间尺度（数年至数十年），出现明显的状态（如浊水—清水）转化。

生态稳定性何谓“种群稳定性”和“群落稳定性”？

MacArthur于1955年在Ecology的论文“动物种群的波动，及群落稳定性的度量”堪称关于稳定性的经典之作，该文给“种群稳定性”和“群落稳定性”下了简单而直观的定义：种群稳定性—“在一些生物群落，物种丰度趋于十分稳定，而在另一些群落，物种丰度变化很大，将前者称为稳定，后者称为不稳定”；群落稳定性—“在一些生物群落，……，由于一些原因，一个物种异常增殖，如果另外种类的丰度由于前者而显著变化，则称群落不稳定，如果异常增殖的物种对其它物种的影响越小，群落就越稳定”。

MacArthur的群落稳定性定义虽简单，但到底指什么还是不甚明确，譬如“对群落中其它种的影响”可以有多种不同的解读，它可能指平均（所有种）最大丰度变化，或者指相对变化、或者指平均平方变化，或者不同的种类能被不同的权重等。在植物群落的演替研究中，植被演替过程中某一演替阶段的稳定性或许更有价值。

此外，如果从生态对策的角度来审视种群的稳定性问题，还是挺有意义的。一般来说，个体大、繁殖速度慢的K-对策物种的种群稳定性较好，而个体小、繁殖速度快的r-对策物种的种群稳定性较差。因此，K-对策物种是对所谓“稳定性环境”的一种适应，而r-对策物种是对所谓“非稳定性环境”的一种适应。这不仅在解释短期的种群行为或许在解释地质环境变化过程中不同生态对策物种的进化上也会具有意义。

生态稳定性种群和群落稳定性的概念—动听却难以度量

如何度量种群稳定性？依据MacArthur的定义似乎难以对种群稳定性进行严格的度量。也许可以考虑两种度量办法：1）对大小完全不同的物种，用内禀增长率r的大小或许可以判断稳定性的大小；2）对于大小和繁殖率相近的物种，也许可以用比较种群波动的振幅、频率的大小或者震荡的不规则性来进行度量。直观地说，振幅越大、频率越高、震荡越不规则，则种群越不稳定。

如何度量群落稳定性就更为困难了。人们常常将食物网的复杂程度（如能量流动途径或食物链结点数）与群落稳定性直观地联系起来，即直观地（当然也是基于一定的经验）认为能量在食物网中流动的途径越多，群落稳定性越大（Odum 1953）。MacArthur（1955）运用绵密的逻辑分析力图证实这一观点的合理性。

MacArthur首先通过对种群丰度的二种极端情形的定性分析试图说明其推论的合理性，即一种情形是一个群落中某一物种的种群异常的大，为了减少其对群落中其它种群的影响，必须有大量的捕食者去分散过剩的能量，该物种必须有大量的饵料种群不至于使种群减少太多，也就是说，通过每个物种的多种（能量流动）途径的存在是减少一个种类的种群过剩效应所必须；另一种情形是一个群落中某一物种的种群异常的小，为了将其对群落中其它种群的影响减少到最小，该种的每一种捕食者应该有大量的可替代食物以减少对稀有种的压力，同时也能将其自身的种群丰度维持在与原来非常接近的水平。因此，这二种情形中的任一种都表明通过食物网的可选择能量流动途径的多寡度量了稳定性。

接下来，MacArthur依据对生态现象的经验性观察，直觉地赋予了群落稳定性若干特性：1）稳定性随食物链结点（link）增加而增加，直觉上似乎是如果一个物种仅有一种捕食者和一种食物（饵料），其稳定性应该最小；2）如果每个物种的饵料物种数目一定，群落中物种数的增加将增加稳定性；3）一定程度的稳定性可通过大量的物种（每种的食物相当局限）或通过少量的物种每种捕食许多其它物种来实现；4）对一个有m个物种的群落，但有m个营养级且每个物种捕食其下面的所有物种时，稳定性将达到最大，如果一个物种捕食其它所有种类且这些种类全在一个营养级时，稳定性将达到最小。因此，食谱变窄将降低稳定性，但却是效率所必须，二者都是在自然选择压力下生存所需要的特性，自然选择可能使动物在保证必要的稳定性条件下使效率达到最大化。

最后，MacArthur用上述赋予的特性，试图解释北极和热带地区的群落稳定性问题：1）在物种稀少的北极地区，很难或不可能获得稳定的食物供给，猎食者不得不捕食广泛的食物种类，也能期待见到许多营养级（相对于物种数而言），即便如此，也难以保证稳定性，因此在北极地区，种群容易剧烈波动；2）而在物种丰富的热带地区，即便是十分狭窄的食谱也能获得所需的稳定性，物种能沿着特定的线路特化，营养级可能相对较少（相对于物种数而言）。

MacArthur的观点虽被广泛引用，但是无论是关于种群还是群落稳定性，都无法进行定量的度量，主要局限于为人们提供对种群和群落稳定性进行精神思辨的食粮。

种群生态模型认为，在种群内一直存在着新的组织的出现。因此，组织种群不断地进行着变化。种群生态组织的进化过程大体上可以分为三个阶段：变种、选择和保留。

1、变种(variation)。变种是指在组织的种群中新的组织形式不断地出现。它们由通常是由企业家发起、由大公司用风险资本建立起来或者由寻求提供新服务的政府建立。

2、选择(selection)。有些变种比其他的更能适合外部的环境。有些被证实是有益的，因此能够找到自己的领地或缝隙，并且从需要生存的环境中获得资源。

3、保留(retention)。保留是对所选择的组织形式的保存和形式化或制度化。

环境是组织成功或失败的重要决定因素。组织必须满足环境的需要，否则就会被淘汰。变种、选择和保留的过程本身就是组织的一个进化过程，它所带来的是新组织形式在组织种群内建立。当然，对付这种环境需要的一个有效方法就是采用标杆瞄准（benchmarking）的方法，即组织用研究别的组织如何比自己做得更好并且就此尽力模仿或改进的方法。