石蒜属植物功能性状的系统发育信号及黄花石蒜对环境变化的响应研究

石蒜属(Lycoris)为多年生草本植物,该属植物全世界约20种,其中中国的种类最多,约15种,主要在我国南方的阴湿山坡地区有分布。其全草含有的石蒜碱可作为治疗小儿麻痹症的重要药物。由于石蒜属植物独特的生理习性以及花形,常被用作林下地被花卉和理想的切花材料。然而,在以往的研究多关注于石蒜属植物的经济和药用价值,对于植物本身的功能性状系统发育研究及其对环境变化的响应尚缺少较为系统的评估。因此,本文主要介绍石蒜属植物功能性状及其对环境变化的响应,将从石蒜属植物功能性状、系统发育信号和全国分布3方面来阐述中国石蒜属植物功能性状的系统发育信号及其对环境变化的影响,在今后的研究中将着重探讨以下几个问题:1) 不同种石蒜植物受不同进化历史影响是否也会表现出系统发育信号呢?2) 植物功能性状的发生和发展是否受到环境因素的显著影响?3) 黄花石蒜受环境影响在空间上的生态策略。

尖峰岭热带山地雨林林冠层乔木某些功能性状的系统发育信号、关联性及其演化模式

热带雨林林冠层具有丰富的物种、功能和系统发育(谱系)多样性,能够显著影响生态系统生物地球化学循环,调节大气水热平衡,缓解气候变化与人为干扰的负面作用。因此热带雨林林冠层功能和谱系生态学研究是目前群落生态学研究的热点之一。选取海南尖峰岭热带山地雨林3个1 hm2样地的林冠层为研究对象,利用样地林冠树种清查数据基于APG III系统发育结构重建样地林冠层系统发育树。利用Blomber's K对和Pagel'sλ指标结合系统发育独立性比较法对组成林冠层乔木树种的结构、化学计量和水力学功能性状(11个性状)的系统发育信号、关联性和演化模式进行研究,以探讨物种亲缘关系对尖峰岭热带山地雨林林冠层多维功能性状关联性及其动态演化的影响。结果表明,有8个功能性状(叶面积、叶厚度和潜在最大高度除外)具有显著的系统发育信号(通过P<0.05的显著性检验),Blomber's K值和Pagel'sλ值分别介于0.202—0.392和0.277—0.847之间,表明尖峰岭热带山地雨林林冠层功能性状普遍存在系统发育保守性。在系统发育背景下,林冠层乔木树种结构、化学和水力学功能性状在物种水平普遍存在显著关联性(P<0.05),表现出趋同或趋异进化;而且林冠层乔木随物种分化其功能性状分化模式大致呈水平"漏斗"状,姐妹类群功能性状间差异性在物种分化早期(大约1亿2千万年前至6000万年前)明显小于其在中后期(大约6000万年前至今)的差异性,导致了林冠层性状空间在中后期迅速膨大。然而林冠层主要功能性状在系统发育树内部每一节点上姊妹类群分化产生的系统发育独立性比较值绝大部分与零模型随机模拟值并无显著性差异。了解系统发育背景下林冠层功能性状的权衡关系及其随物种演化的分化模式与时间动态为进一步探究热带雨林林冠生态系统功能发挥奠定基础。

科尔沁沙地菊科植物叶性状系统发育信号研究

科尔沁沙地植物叶性状的研究可揭示叶性状受环境驱动及其响应,但当前研究未充分考虑物种进化对叶性状的影响.以科尔沁沙地22种菊科植物为对象,研究比叶面积、叶片体积、叶重比、叶片组织密度、叶片干物质含量等叶片性状的系统发育信号.研究发现比叶面积、叶体积、叶重比、叶组织密度、叶厚度、叶干物质含量的K值(表征系统发育信号)分别为0.727,1.02,0.687,0.881,0.992,0.866.各叶性状系统发育信号均不显著(P>0.05).据此认为,科尔沁沙地菊科植物叶性状特征与系统发育关系不大.该研究可为深入理解环境因素与植物进化的相互作用提供参考,为当地植被恢复提供科学依据.

不同纬度植物群落系统发育与功能性状结构研究

研究植物群落系统发育和功能性状结构有助于了解植物多样性维持机制及物种间的亲缘关系。甘肃省地理环境复杂,显著而多变的气候梯度形成了区域植被和环境差异,丰富了栖息地类型,具有显著的纵向连通性和纬度隔离性,以甘肃省典型纬度梯度植物群落为研究对象,通过对其进行群落学调查和功能性状测定,计算净亲缘关系指数(Net relatedness index, NRI)和平均成对性状距离(Mean pairwise trait distance, PW)来分析植物群落系统发育结构和功能性状格局对不同纬度的响应。结果表明:(1) Shannon-Weiner多样性指数,物种丰富度,谱系α多样性指数表现出随纬度增加而显著降低的变化趋势(P<0.05),Pielou均匀度指数随纬度的升高没有显著的变化趋势;(2)系统发育结构在高、低纬度上趋于发散状态(NRI<0),在中纬度上又表现出聚集(NRI>0)的谱系结构,表明种间竞争作用减弱,环境过滤作用逐渐增强,随纬度继续升高相似性限制作用在物种聚集过程中占优势;而群落的功能性状结构随着纬度增加表现出与谱系结构相反的状态,因此植物群落的系统发育和功能性状结构不一致;(3)植物高度表现出微弱的系统发育信号(P<0.05),其他性状均未表现出显著的系统发育信号,表明植物功能性状受环境因素影响大,与系统发育关系不大。总体而言,甘肃省典型纬度梯度植物群落物种多样性维持机制由确定性过程主导,支持生态位理论,其中环境过滤和竞争排斥作用在大多数群落物种聚集过程中占优势地位。土壤含水量、土壤酸碱度和年平均气温等环境因子对植物性状格局影响较大,本研究有助于了解不同气候带植物多样性的地理分布格局和潜在的生态维持机制。

古田山木本植物功能性状的系统发育信号及其对群落结构的影响

植物功能性状(plant functional trait)的进化历史及其与群落结构的关系是近年来生态学研究的热点问题之一。为探究植物功能性状受系统进化历史的影响程度,以及功能性状是否通过影响物种多度分布进而影响群落结构等问题,本研究以古田山24 ha永久性监测样地中的156种木本植物为对象,收集了叶片氮含量、叶片磷含量、叶面积、木质密度、比叶面积和种子重量6种功能性状的数据,用K值法检验了各个功能性状的系统发育信号(phylogenetic signal),并运用系统发育独立比较(phylogenetic independent contrasts,PIC)的方法分析了各个性状与多度的关系。结果显示,所有6种功能性状都表现出较强的系统发育信号,表明本区域木本植物系统发育历史显著地影响这些功能性状;另一方面,叶氮含量、叶磷含量、叶面积、木质密度和比叶面积与物种多度显著相关,而种子重量与物种多度没有显著的相关性,表明群落内不同物种的资源获取方式可显著地影响群落的结构。

高寒草甸植物系统发育与AM真菌侵染的关系

测定了高寒草甸生态系统中17种常见植物根内AM真菌的侵染率,并将AM侵染率作为植物的一个功能特征,分析了其系统发育保守性。结果显示AM侵染率均无系统发育信号,其植物进化树中AM真菌侵染率的差异更多被最新分支节点所解释,而不是古老分支节点,说明高寒草甸生态系统中亲缘关系较近的植物,其AM侵染水平并不相同,不存在进化的保守性。系统报道了高寒草甸生态系统中植物系统进化发育与AM侵染间的关系,表明了植物系统进化与AM侵染间无显著关联。

不同尺度下艾比湖典型植物群落功能多样性和系统发育多样性研究

运用功能多样性和系统发育多样性综合探讨群落构建机制是近年来生态学的研究热点。以艾比湖流域干旱荒漠生态系统为研究对象,结合环境因子,分析不同尺度下系统发育和功能性状结构的变化趋势,进而揭示艾比湖流域干旱荒漠区植物群落构建机制。结果表明,(1)叶片宽度、叶片厚度和叶片干物质含量具有显著的系统发育信号(P<0.05),其它功能性状未检测到明显的系统发育信号。(2)不同尺度下系统发育结构均趋向于发散,表明竞争排斥作用在植物分布占优势地位,而功能结构均趋向于聚集,生境过滤作用占据主导。(3)净亲缘关系指数(NRI)、谱系丰富度(PD)和功能丰富度(FRic)在5 m×5 m尺度显著不同于其他尺度。标准化的群落平均配对性状距离(trait SES(MPD))在所有尺度下统计差异均不显著,最近性状距离(trait SES(MNTD))和最近亲缘关系指数(NTI)在5 m×5 m尺度和50 m×50 m尺度差异显著。植物群落整体受生态位作用影响更强,且在大尺度上(50 m×50 m)环境过滤在群落构建中起主导作用。(4)含盐量对系统发育指数和功能性状指数均有显著影响(P<0.05),土壤有机质和硝态氮含量均对功能性状指数有显著影响,而铵态氮含量对系统发育指数有显著影响。土壤含盐量以及氮含量作为主要的环境筛影响着艾比湖流域植物群落构建过程。

植物功能性状系统发育保守性的类群和地理分异研究——以中国被子植物最大株高为例

【目的】株高是植物生态策略的核心部分。本研究旨在揭示中国被子植物最大株高的系统发育保守性,探明其类群、地理分异规律及与环境因子的关联。【方法】利用中国20295种被子植物的最大株高和地理分布数据,检测不同生长型、不同类群和不同植被区域植物最大株高的系统发育保守性,分析系统发育信号(Pagel’sλ值)与纬度、温度和降水量等因子的关联。【结果】中国被子植物最大株高的系统发育保守性较强(Pagel’sλ=0.893)。其中,草本植物的系统发育保守性程度略低于木本植物,豆目(Fabales)、石竹目(Caryophyllales)、天门冬目(Asparagales)、唇形目(Lamiales)、伞形目(Apiales)、虎耳草目(Saxifragales)等6个目的系统发育信号均高于0.9。所有被子植物与木本植物的系统发育信号与纬度、温度均呈单峰曲线关系,但与降水量呈负相关。草本植物系统发育信号的纬度格局不明显,与温度、降水量均呈多峰曲线关系。【结论】中国被子植物最大株高的系统发育保守性具有明显的地理格局,但趋势因生长型而异。总体来说,中纬度地区被子植物整体及木本植物株高的系统发育保守性强于高、低纬度地区。

中国霸王属植物在世界该属中的系统发育地位与形态性状进化研究

通过PCR扩增和测序,得到了中国霸王属种类的rbc L和trn L-F基因片段序列数据,同时在网络数据库获得了南非、纳米比亚、澳大利亚和中亚地区的霸王属种类的rbc L和trn L-F片段,构建系统发育树,并且对霸王属系统发育信号和31个形态性状进行分析。结果显示:1中国霸王属种类聚为一大类,与南非和纳米比亚霸王属形成姐妹分支;2霸王属植物的生命周期、叶排列、叶形状及株高等8个性状具有明显的系统发育信号,其次,中国霸王属植物的萼片长度、萼片宽度、果实长度、茎性质和叶片结构等10个性状与国外霸王属有显著的差异,这与中国霸王属在该属系统发育树中形成单源分支相吻合。

系统发育基因组学方法研究进展

系统发育基因组学是系统发育学与基因组学融合产生的一个交叉学科,主要通过分析基因组水平的大规模分子数据来解析生物之间的系统进化关系.本文简述了5种常用的基于高通量测序技术的系统发育基因组学数据获取方法:扩增子测序(targeted amplicon sequencing)、转录组测序(transcriptome sequencing)、简化基因组测序(reduced-representation sequencing)、目标序列捕获(target sequence capture)和低覆盖度的全基因组测序(low coverage whole-genome shotgun sequencing),归纳比较了每种方法的特点、适用范围、成本花费等.此外,本文还简述了系统发育基因组学数据分析中的5个基本步骤:数据预处理与组装、直系同源基因的鉴定、序列比对、数据质量控制和系统发育树的构建,并对这5个步骤的分析要点与常用软件的特点做了归纳.虽然系统发育基因组学分析是重建生命之树的一条必由之路,当前它也面临着一系列的问题:如大量数据的分析导致计算量与时间花费大幅增加、系统误差的影响会随着数据量增大而变得更为明显、不同数据集可能会给出高支持率但不一致的结果.最后,本文综合国内外学者的最新研究成果,对这些问题进行了讨论并给出了相应的建议.

基于功能性状及系统发育的乌鲁木齐达坂城山区地衣群落构建机制

选取达坂城山区地衣群落为研究对象,在野外设置了30个样方,调查样方内地衣物种。利用分子标记构建系统发育树,检验功能性状的系统发育信号,计算地衣群落净谱系亲缘关系指数(net relatedness index,NRI)和最近种间亲缘关系指数(nearest taxon index,NTI),探讨地衣群落构建机制,结合典范对应分析(CCA)等方法探讨达坂城山区地衣群落构建的主要环境驱动因子。结果表明:达坂城山区调查发现地衣共有111种,隶属14目、25科、48属。生长形式、光生物类型、繁殖方式、繁殖结构和基物类型5种功能性状均具有显著的系统发育信号(P<0.05),具有谱系保守性。不同海拔梯度群落系统发育结构不同,在低海拔区域,环境干旱,具有干扰,谱系随机至弱发散结构,环境过滤和相似性限制共同作用于群落;在中海拔区域,湿度适中,风速低,人为干扰较弱,地衣群落的谱系结构聚集,环境过滤在群落中起主导作用;而在高海拔区域,环境湿度高,风速强,无人为干扰,群落谱系发散,相似性限制在群落中起主导作用。其中,海拔和物种丰富度呈显著正相关,风速和湿度对系统发育指数有显著影响,海拔、湿度、风速和人为干扰对部分功能性状有显著影响。海拔、湿度和风速作为主要的环境筛影响研究区地衣群落构建过程。

鲟形目鱼类重要形态与生态特征的演化格局与适应策略

文章从GenBank下载得到27种鲟形目鱼类线粒体全基因组序列,以多鳍鱼为外类群,构建鲟形目鱼类分子系统树。以此为基础,采用系统发育比较方法(Phylogenetic comparative methods,PCMs)分析鲟形目鱼类的12个形态、生态特征的宏进化格局,重建祖先特征状态,分析特征的系统发育限制性,以及特征之间的相关性。结果表明,有8个特征(生活习性、身体大小、背鳍条数、臀鳍条数、背鳍后骨板数、臀鳍后骨板数、鳃耙数和卵径)的演化受到系统发育限制,说明这些特征的演化与系统发育相关,受到强烈的自然选择作用;另外有4个特征(食性、雌性初次性成熟年龄、雄性初次性成熟年龄和产卵间隔时间)的演化不受系统发育的限制,而表现为对环境的适应。祖先状态重建分析显示,鲟形目鱼类许多特征的演化格局表现为:祖先种呈现中间状态,然后分别向变大或变小两个方向演化,例如身体大小、背鳍条数、臀鳍条数和初次性成熟年龄等。在适应策略上表现为一些基础形态特征不容易发生变化,如鳃耙数和卵径等;但食性、性成熟年龄、卵径和产卵间隔时间这些生态习性特征容易发生变化,从而适应不同的环境。文章的研究结果可为理解鲟形目鱼类宏进化机制和进行物种保护提供信息。

鸟类宿主对西尼罗河病毒传播能力的种间差异性及影响因素

宿主物种对特定病原的传播能力通常具有明显的种间差异性.研究表明,物种的一些生活史特征和其病原传播能力表现出显著的相关性.本研究以虫媒传播型的西尼罗河病毒为例,通过文献检索系统收集了37种鸟类的病原传播能力指数,运用一般线性模型及系统发育比较法,分析了病原传播能力和3种生活史特征(体重、窝卵数及孵化时间)间的关系.一般线性模型和系统发育比较法的结果均表明,宿主物种的3种生活史特征和其病原传播能力间均无显著相关关系;但系统发育比较分析发现,病原传播能力表现出显著的系统发育信号,表明宿主间的亲缘关系能够在一定程度上解释病原传播能力的种间差异性.

从系统角度分析克隆生长对婆婆纳属植物适应性的影响

克隆植物由于克隆性的存在,在很多方面同非克隆植物存在差异。为了解克隆生长对植物适应性的影响,以婆婆纳属(Veronica)植物为对象,从系统角度开展了其属内克隆植物与非克隆植物的比较研究。结果显示:1克隆性并不是一个保守性状,婆婆纳属的祖先状态中克隆植物可能性为0.94;2克隆植物大多为多年生植物,花部具有更大的吸引力,而非克隆植物中一年生植物占优势;3与克隆植物相比,非克隆植物更加耐干旱和高温。在婆婆纳属的进化过程中,随着气候日益变得干旱,利用种子的耐旱特性逃避恶劣时期的策略受到青睐,克隆生长的相对重要性逐渐降低,以致于一些植物最终转换成了非克隆植物,其对干旱环境的适应性更高,也能耐受更高的温度,从而能够适应当地环境的变化。

苏铁属植物叶表皮特征及其分类学和古生态学意义

苏铁属(Cycas)作为一类古老的裸子植物,经历了漫长的演化历史,因此,深入研究其形态特征与环境的相互关系,有望为古环境重建提供重要参考依据。本文分析西双版纳和深圳两地植物园栽培环境下27种苏铁属植物的叶表皮特征及气孔参数的差异,并进一步探讨气孔参数与系统发育的关系。结果表明:(1)苏铁属内叶表皮特征保守稳定,具有一定的分类学意义:依据表皮细胞及气孔器特征划分了四种叶表皮类型,可为苏铁现生植物或化石的鉴定提供参考。(2)四种叶表皮类型指示了不同的原生生境特征,对古环境具有一定的指示意义。(3)同一环境下,气孔参数在属内的种间差异显著,其次,气孔指数在属内变化与系统发育有关,除气孔指数具显著的系统发育信号外,其余气孔参数均无显著系统发育信号。本研究结果表明气孔参数法重建古大气CO2浓度时,需尽可能利用亲缘关系相近、叶表皮和生境皆相似的代理种,并明确气孔参数与大气CO2分压的相关关系在种间的异同,从而提高该方法的有效性。