《研究揭示植物繁殖策略的大尺度格局和驱动机制》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 姜丽华
  • 发布时间:2023-04-09
  • 生物界主要有两种繁殖方式:有性繁殖和无性繁殖。在植物界,有性繁殖通常指种子繁殖,而无性繁殖最常见的形式是营养繁殖或克隆生长。科学家们对两种繁殖方式的优劣势、进化意义及环境因素的影响开展了大量研究,我们仍然对两种繁殖方式的生态地理格局知之甚少。例如,繁殖方式随温度梯度如何变化?学界通常认为有性繁殖过程包括传粉、结实、种子萌发等比无性繁殖需要更高的温度,低温有利于克隆繁殖,但近期的研究结果对此存在争议。

      哪些物种更可能进行克隆繁殖?哪些环境条件有利于克隆繁殖?是植物性状还是环境变量更能解释植物的克隆性?为了回答这些科学问题,中国科学院武汉植物园宏观生态学学科组联合中国科学院东北地理与农业生态研究所和澳大利亚新南威尔士大学的研究人员以澳大利亚4,116个物种的914,456个分布数据为基础,量化了克隆植物的概率与4个植物特征和16个环境变量之间的二元关系。

      研究结果表明,克隆植物的概率与植物特征的关系更强烈,与环境变量的关系相对较弱。矮小植物、草本、单子叶植物更可能进行克隆繁殖,并且克隆植物在低温、低太阳辐射、高水分供应、高净初级生产力和高土壤有机碳和氮含量的环境中更常见。高大植物、木本、双子叶植物通常只能有性繁殖,并且非克隆植物在干燥和土壤贫瘠的环境中更常见。这一重要发现将推进人们对植物繁殖策略大尺度格局及两种繁殖方式进化意义的理解。表明克隆繁殖是植物在资源丰富的环境下进行种群扩张的策略,而不是在环境胁迫条件下替代有性繁殖的保障策略。

      研究成果以“Factors that shape large-scale gradients in clonality”为题,发表于生态和地理学经典期刊Journal of Biogeography,中国科学院东北地理与农业生态研究所张红香研究员为论文的第一作者,中国科学院武汉植物园陈思翀研究员为论文的通讯作者,澳大利亚新南威尔士大学的Stephen P. Bonser教授、荣誉学生Timothy Hitchcock和Angela T. Moles教授为论文的共同作者。

  • 原文来源:http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202304/t20230406_6727842.html
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    • 生物多样性分布格局和物种对环境变化的响应机制是生态学研究的核心问题。亚热带山地区域覆盖中国生物多样性的热点区域(秦巴山地、川东-鄂西地区和岭南地区),该区域被认为是孑遗植物的“博物馆”。然而,目前对于山地河岸带植物的生物多样性分布、适应策略及潜在机制仍缺乏认识。选取具代表性的植物群落,开展生物多样性格局及适应策略的研究对该区域内生物多样性的保护具有重要意义。   武汉植物园植被生态学科组长期从事亚热带山地生物多样性研究,以山地河岸带植物领春木及其所在的木本植物群落为对象,取得一系列成果:(1)领春木种群遗传多样性格局受河流结构(Wei et al. 2015)、地形(Wei et al. 2013, 2016)和植被类型(Meng et al. 2019)的影响,不同研究尺度上的主要影响因子存在差异;(2)中国分布区内,领春木的繁殖方式表明该物种有向高纬度地区迁移的趋势(Wei et al. 2015),地理梯度上的叶片性状主要受环境因子驱动(Meng et al. 2017),环境因子通过影响种子质量和种子氮含量而间接影响种子萌发率(Wu et al. 2018);(3)人为干扰(砍伐)的木本植物群落中不同维度上生物多样格局不同(Wei and Jiang, 2012),而自然生境中山地河岸带木本植物群落不同维度上生物多样性格局一致(孟红杰,2017)。   基于前期的研究基础,植被生态课题组研究人员通过整合遗传、性状和环境数据,探究环境梯度上领春木的适应策略及潜在的机制。结果表明:(1)地理隔离和环境隔离效应共同作用于种群间的遗传差异,而环境隔离效应可以解释种群间的性状差异;(2)低纬度地区分布的领春木采取资源保守生长策略(resource conservative strategy)并表现出较高的萌蘖能力,而高纬度地区分布的领春木采取资源获取生长策略(resource acquisitive strategy)并生产质量较轻的种子。中国分布区尺度上,领春木生长和繁殖策略是对特定环境的适应,萌蘖性状(可塑性)是对季节性洪水的响应,而种子质量和叶片密度差异是(局域适应)土壤和温度因子定向选择的结果。   研究结果以“Adaptive strategies and driving factors of a montane riparian tree: Trait-specific mechanisms across latitude”为题,发表在《Science of The Total Environment》上。武汉植物园孟红杰博士后为第一作者,江明喜研究员为通讯作者。该研究得到国家自然基金(31570528, 31800347 和31770572))和中国博士后科学基金(2019M652742)的资助。