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昆明植物所等在花寿命生物地理格局及进化适应方面取得进展

2022-05-27 昆明植物研究所
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  花,自古以来就是唯美爱情的传递者;于植物而言,花更是种群延续的必需器官。一朵花从开放到调谢的持续时间,称为花寿命(floral longevity),是植物重要的繁殖性状。植物的花寿命表现出差异,有的“昙花一现”几小时,有的能徐徐绽放数十日之久。即便是同一科、同一属或同一物种的不同居群间,花寿命都表现出多样的变化。Kerner von Marilaun在1895年首次关注到植物花寿命的巨大差异以来,花寿命的生态和进化适应机制是植物进化生物学家关注的焦点。目前,我们对植物花寿命的生物地理格局及其影响因素等方面缺乏系统认识。

  中国科学院昆明植物研究所高山植物多样性研究团队搜集了全球818种被子植物的花寿命数据,利用贝叶斯系统发育混合模型探讨了以下科学问题:花寿命的全球生物地理格局是怎样的;花寿命受哪些因素的控制。

  在所有调查的被子植物中,平均花寿命为4.5天,其中,最短的仅2小时,最长达33天,相差400倍;花寿命具有较强的系统发育信号,表明亲缘关系越近的植物,花寿命越相似;随着纬度和海拔的增加,花寿命明显延长,赤道附近的平均花寿命为2天,而北纬50度和南纬50度的平均花寿命分别达到4.9天和3.9天;与传统观点不同,自交不亲和植物、草本植物、昆虫传粉植物、大花植物的花寿命并不比自交亲和植物、木本植物、脊椎动物传粉植物和小花植物的花寿命长;每朵花产生的花粉数量越多或传粉成功指数越低,花寿命越长;在高温、干旱以及强太阳辐射地区,植物倾向于短的花寿命。而同时考虑所有的生物和非生物因素时,只有开花季的温度(负相关)和花粉数量(正相关)对花寿命具有显著的影响,分别解释了26%和10%的变异(如图),说明植物花寿命主要受所在环境的温度的影响。

  本研究弥补了花寿命在宏观尺度上的变化格局,系统揭示了花寿命主要受哪些因素的影响。由于与温度相关的生理成本(如呼吸和蒸藤)是影响花寿命的主要决定因素,在全球气候持续变暖以及极端高温事件频繁发生的背景下,植物的花寿命可能呈现出缩短的趋势,进而加剧植物传粉不足,引起植物种群或地理分布的变化。该研究为全球气候变化下植物多样性的保护提供了参考。

  相关研究成果以Global analysis of floral longevity reveals latitudinal gradients and biotic and abiotic correlates为题,发表在New Phytologist上。云南大学、中科院生态环境研究中心、加拿大多伦多大学、澳大利亚新南威尔士大学、英国朴茨茅斯大学和云南林业职业技术学院参与研究。研究得到中科院战略性先导科技专项、第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金等的支持。

  论文链接 

(a)温度、花粉数量和系统发育关系对花寿命变异的贡献;(b)温度和花粉数量对花寿命影响的结构方程模型

打印 责任编辑:侯茜

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