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科研進展
昆明植物所發(fā)表植物長距離擴散后拓殖機制的研究綜述 文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫 | 發(fā)布時間:2022-11-28 | 作者:吳增源 | 瀏覽次數(shù): | 【打印】 【關(guān)閉】 擴散(Dispersal)一直是生物地理學和生態(tài)學的一個核心研究議題。在植物界,種子的擴散往往需要借助媒介完成,并且大多是短距離擴散(local dispersal),僅有約1%的擴散是長距離擴散(long-distance dispersal, LDD)。然而,長距離擴散卻是生物多樣性格局形成的關(guān)鍵驅(qū)動力,對生態(tài)系統(tǒng)的維持和穩(wěn)定有著重要影響,是制約植物種群和群落大規(guī)模動態(tài)變化的關(guān)鍵要素。種群間的基因流、空白生境的拓殖和集合群落的重組,這些生態(tài)過程都與長距離擴散密切相關(guān)。此外,長距離擴散也可能劇烈擾動植物的演化進程。例如,一些物種經(jīng)長距離擴散后拓殖到新的生境成為入侵物種,嚴重影響當?shù)氐?/font>生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟。在當今全球環(huán)境變化影響下,植物經(jīng)長距離擴散可形成新的物種分布樣式,以適應(yīng)氣候和生境變化。與此同時,長距離擴散對碎片化景觀中群體的維持也有重要作用。然而,以往的研究主要聚焦在擴散的動因、過程及媒介等方面,對擴散后植物在新的生境中如何拓殖關(guān)注甚少;而物種能否在新的生境中存活并建立種群是評價長距離擴散成功與否的重要標準,但其影響因素和形成機制尚不清楚。 中國科學院昆明植物研究所李德銖研究員領(lǐng)導(dǎo)的分子植物地理學研究團隊長期開展植物系統(tǒng)學和生物地理學研究。近年來,研究團隊以蕁麻科為模型,運用多學科交叉的研究方法,整合分子系統(tǒng)學、生物地理學和種子生物學等學科證據(jù),論證了蕁麻科植物種子的跨洋長距離擴散機制(Wu et al., 2018, Ecology Letters, 21:1515-1529)。在紫麻屬的研究中,發(fā)現(xiàn)該屬植物起源于中國南方地區(qū),經(jīng)歷過4次“大陸到島嶼”的長距離擴散事件形成現(xiàn)今的分布格局,顯示東南亞地區(qū)植物區(qū)系具有多種遷入成分,為認識東南亞地區(qū)生物、地史和氣候的協(xié)同演變提供了新的視角(Wu et al., 2022, Molecular Phylogenetics and Evolution, 175:107555)。最近,該團隊依托中國西南野生生物種質(zhì)資源庫,通過與中國科學院西雙版納熱帶植物園、以色列希伯來大學和英國愛丁堡大學合作,對種子長距離擴散后的拓殖機制開展了深入分析,總結(jié)出影響植物在新生境中成功拓殖的六個關(guān)鍵因素:(1)繁殖體壓力;(2)功能性狀;(3)極端事件和人為干擾;(4)捕食、競爭和共生;(5)生態(tài)位動態(tài);(6)阿里效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,綜合相關(guān)因素分析,提出了評估物種發(fā)生長距離擴散后在新生境中拓殖成功概率的數(shù)學模型,此模型整合譜系地理學和運動生態(tài)學的原理方法,通過計算源強度、擴散核、增補概率、以及有效種群的大小,可以估算物種經(jīng)過長距離擴散后在新生境中拓殖成功的概率。該模型有望為長距離擴散后拓殖機制定量研究提供理論框架,也為評估物種入侵風險提供輔助手段。 最后,研究還總結(jié)了植物長距離擴散的研究方向和重點,提出了基于多學科交叉的整合研究范式:首先,整合運用生物地理學、譜系地理學和運動生態(tài)學,更加精確地還原長距離擴散事件的發(fā)生過程;其次,重點研究上述六個關(guān)鍵因素對植物長距離擴散后拓殖成敗的影響程度及耦合關(guān)系,以確定關(guān)鍵制約要素;最后,通過地史時間尺度(百萬年尺度)和短時間尺度(人類世以來)植物長距離擴散后拓殖機制的比較,為應(yīng)對全球變化下生物入侵、生物多樣性喪失等問題提出解決方案。 該研究明確了影響植物長距離擴散后在新生境中拓殖的六個關(guān)鍵因素,構(gòu)建了評估拓殖成功率的預(yù)測模型,提出了未來植物長距離擴散的整合定量研究新框架。研究以The establishment of plants following long-distance dispersal為題,在線發(fā)表于國際生態(tài)與進化領(lǐng)域權(quán)威期刊Trends in Ecology & Evolution上。吳增源副研究員為論文第一作者,李德銖研究員和希伯來大學Ran Nathan教授為論文共同通訊作者。該研究得到了中國科學院B類先導(dǎo)專項(XDB31000000)、國家自然科學基金(42171071,31970356,41971071,32170398)、中國科學院青年創(chuàng)新促進會(2019385)、云南省青年拔尖人才(YNWR518 QNBJ-2020-293, YNWR-QNBJ -2018-146)和中國科學院“西部之光”等項目的資助。
圖1 種子/果實的多樣性
圖2 植物長距離擴散的主要階段及制約因素
圖3 未來植物長距離擴散整合研究框架 (責任編輯:李雪)
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