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基于不同纬度、海拔种群的生殖权衡和遗传变异式样探讨青藏苔草的生态适应性

来源：花匠小妙招时间：2024-09-18 18:47

《基于不同纬度、海拔种群的生殖权衡和遗传变异式样探讨青藏苔草的生态适应性》

所属分类：首页 > 科学基金 项目名：基于不同纬度、海拔种群的生殖权衡和遗传变异式样探讨青藏苔草的生态适应性 批准号：31160048 批准年度： 2011 学科分类：植物进化与发育（C020303） | 项目负责人：刘文胜 负责人职称：副教授 依托单位：西南林业大学 资助金额：56万元 项目类别：地区科学基金项目 研究期限：2012年01月01日至 2015年12月31日 中文关键词： 遗传；变异；式样；青藏苔草；生态适应性 英文关键词：Carex moorcroftii；allometric growth；genetic diversity；genetic structure；Ecological adaptation

项目摘要

中文摘要

有"世界屋脊"之称的青藏高原，环境条件严酷多变，是研究植物对纬度、海拔梯度生态适应性及全球变化响应的天然实验场。作为青藏高原典型植被高寒草原与草甸的优势种，青藏苔草（Carex moorcroftii）是海拔最高的游击型克隆植物。本项目针对高原上不同纬度、海拔的青藏苔草种群，采用繁殖生态学方法研究其种群生长/生殖资源分配式样，以揭示其是否存在明显的有性/无性生殖投资权衡，探讨其繁殖策略的生态适应性；应用分子生态学方法，在景观尺度上分析种群遗传结构与环境梯度的关联，在精细尺度（fine-sacle）上检测种群内遗传格局与有性繁殖和克隆生长的内在联系，并通过比较种群遗传格局，探讨繁殖策略与遗传结构的关系及其对不同生境的适应性；通过谱系地理学分析，揭示种群扩散历史与迁移路线及在此过程中繁殖策略的适应。在上述研究的基础上，进一步阐明青藏苔草适应青藏高原环境的生物学机制。

结题摘要

繁殖策略是研究生物进化和适应性机制的关键环节。本课题以游击型克隆植物青藏苔草（Carex moorcroftii）为对象，以密集型克隆植物紫花针茅 (Stipa purpurea) 为对照，通过野外生态学和分子标记相结合的方法，研究该植物不同种群的有性/无性生殖权衡模式、遗传变异在种群间和种群间内的分布式样，探讨它们对青藏高原梯度环境的适应性。主要结果如下：1. 生态位模型 (MaxEnt) 模拟显示，最暖月最高温度和最暖季度平均温度是影响青藏苔草分布的两个主要境因子。现代时期青藏苔草分布范围总体上退缩。2. 青藏苔草地上-地下器官、根状茎-根异速生长模型模拟显示，唐古拉山以北各种群向地上器官更多投资，唐古拉山以南各种群则向地下器官更多投资；唐古拉山以北各种群向根状茎更多投资，唐古拉山以南各种群向须根更多投资。青藏苔草种子大小与年均温成正相关。3. 青藏苔草具有较高的遗传多样性 (He = 0.579)。部分Mantel检验则显示去掉地理距离影响后，遗传距离与环境距离成正相关。聚类分析表明唐古拉山南、北种群各自聚在一起，这说明唐古拉山及其导致的环境分异是该植物产生种群遗传分异的主要因素。4. 精细遗传结构研究显示，青藏苔草各种群均具有较高的克隆多样性；克隆生长导致相同基因型成聚集分布；各种群显示出明显的精细遗传结构，这与该植物的克隆生长习性有关。5. 生态位模型 (MaxEnt) 模拟显示，最暖季度平均温度和年降水量是影响紫花针茅分布的两个主要环境因子。紫花针茅每穗种子数、生殖枝数量、须根长、种子大小等受环境直接影响。6. 紫花针茅具有较高的遗传变异（He = 0.585）。该植物具有长距离的基因流；一些相距较远的种群聚在一起，而一些相聚较近的种群则明显分开，这显示该植物为镶嵌式的遗传结构。Migrate检测显示，紫花针茅不同区域之间基因流具有不对称性，这可能与一些动物帮助其传播种子有关。7. 紫花针茅各种群具有较高的克隆多样性，其克隆多样性与年均降水量成正相关。紫花针茅各种群未检测出明显的精细遗传结构。8. 上述结果表明，青藏苔草有性生殖上具有一定可塑性，其较强的克隆生长可帮助种群占领适宜的生境，从而适应高原严酷的环境；紫花针茅生殖投资上具有较强的可塑性，种群间基因交流频繁，该植物主要通过远距离基因交流及局域适应来适应高原严酷环境。