蘭科附生演化動力及性狀保守性的解析及保護啟示
蘭科植物(Orchidaceae)是被子植物中物種最豐富且瀕危物種最多的類群之一,包含附生與地生兩種代表性生活型。附生蘭棲居于樹木或巖石之上,物種繁多、瀕危亦重。為什么有的蘭花選擇“住在樹上”(附生),有的卻“扎根土壤”(地生)?是氣候限制?傳粉影響?抑或物種漫長進化過程的魔咒?闡明蘭科生活型演化的驅動力、評估其關鍵性狀進化適應潛力,對蘭科植物的多樣性形成和多樣性保護具有重要意義。
中國科學院西雙版納熱帶植物園(簡稱“版納植物園”)快速進化與保護組與福建農(nóng)林大學合作,整合了全球2272種蘭科植物的性狀數(shù)據(jù)和系統(tǒng)進化樹,覆蓋蘭科全部五個亞科302個屬。在同一模型框架下系統(tǒng)量化了氣候分布區(qū)、傳粉媒介、傳粉者吸引策略和蘭科物種進化歷史對生活型演化的相對貢獻,同時系統(tǒng)比較了這些蘭科性狀其自身的進化保守性。
結果發(fā)現(xiàn):常規(guī)相關分析的結果支持蘭科生活型與氣候分布區(qū)存在緊密關系,而生活型特征與傳粉特征的相關性不明顯。然而,基于partialR2推算的方法幾乎得到相反的結論:物種演化歷史是決定蘭花植物生活型變異的最主要關鍵因素,其獨立解釋了62.0%的生活型變異量。傳粉者吸引策略進一步獨立解釋了23.9%的生活型變異量;而氣候分布區(qū)特征僅能獨立解釋3.4%的生活型變異量。蘭科植物不同性狀自身的進化保守性應該是造成常規(guī)相關結果認識偏差的形成原因。蘭科植物生活型具有極高的進化保守性,氣候分布區(qū)特征(熱帶、溫帶分布與否)的進化保守性亦較高,而兩個傳粉相關特征的進化保守性大幅減弱。
物種進化過程主導蘭科生活型特征變異,這一結論提示一切影響蘭科物種進化過程的因素都可能直接或間接的影響蘭科生活型特征的變化,比如,共生菌互作、基因組復制等,從而為蘭科生活型進化影響因素研究提供了更廣闊的認知空間。另外,認識到蘭科性狀進化保守性的巨大差異,也為不同蘭科植物的遷地-就地保護策略的抉擇提供了更科學的判別依據(jù)。性狀的進化保守性高與低反映了該性狀適應性變異潛力的小與大。如果高進化保守性狀(如生活型、氣候分布區(qū))對當前環(huán)境的不適應是造成某類群物種瀕危狀態(tài)的主因,更適合在原生境環(huán)境下進行就地保護;而若瀕危狀態(tài)由低進化保守性狀(傳粉者類型、傳粉模式等)引發(fā),對該類蘭科類群進行遷地保護和新環(huán)境的預適應可能是更好的選擇。
綜上,該研究以蘭科植物這一物種多樣性極高的明星瀕危類群為研究對象,揭示了物種演化歷史在植物生活型變異中的主導作用以及不同性狀特征進化保守性的巨大差異,為一般性狀變異影響因素主題研究提供了更全面的分析范式,也為瀕危植物保護策略的科學判斷提供了基于進化潛力的判別依據(jù)。
相關結果以“Species evolution determines epiphyte evolution in Orchids”為題發(fā)表在Plant Diversity上。版納植物園與福建農(nóng)林大學聯(lián)培碩士張?zhí)扃錇榈谝蛔髡?,版納植物園王剛研究員及福建農(nóng)林大學翟俊文副教授為共同通訊作者。該項研究受到云南省“興滇英才”計劃、國家自然科學基金、版納植物園“十四五”自主部署項目、林業(yè)草原生態(tài)保護恢復資金西藏雅魯藏布大峽谷國家級自然保護區(qū)支出項目,以及中國西藏自治區(qū)墨脫縣蘭科植物保護與利用研究中心建設和管理項目的資助。

圖1.蘭科植物生活型及相關影響特征在蘭科系統(tǒng)進化樹上的分布及其相關性。

圖2.蘭科植物生活型演化影響因素權重解析(A-B)及不同性狀的進化保守性對比(C-D)。

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