准噶尔荒漠一年生短命植物地上/地下性状趋同与趋异适应研究

Convergent adaptation and divergent adaptation are two different adaptive strategies for plants and conjunctly determined the pattern of plant spatial distribution and community composition. Previous studies have demonstrated that convergent and divergent adaptation could appear both along evolutionary processes and along environmental gradient. However, our knowledge about the difference in pattern and linkage with the convergent and divergent adaptation that appeared along evolutionary processes and along environmental gradient is rare. In this project, we used the annual ephemeral plants in Junggar desert as research target to explore, compare and examine the possible linkage between the convergent and divergent adaptation that appeared along evolutionary processes and occurred along environmental gradient by measuring some key above- and below-ground trait along a transect. Our results not only have important implication for better understanding the adaptive strategy in desert condition, but also have significant value in maintaining and conserving plant diversity in desert condition.

趋同适应与趋异适应是植物适应环境条件的两种不同策略，二者共同作用影响着植物空间分布格局和群落组成的变化。已有研究表明，在植物进化过程和环境梯度上，都存在着趋同与趋异适应，但我们仍不清楚的是，植物在进化过程中的趋同与趋异适应与在环境梯度上的趋同与趋异适应，其变化特征有何特点和不同，以及进化过程中的趋同与趋异适应和环境梯度上的趋同与趋异适应，是否存在着内在联系。本项目以准噶尔荒漠中一年生短命植物为研究对象。通过样带调查方法在对植物多样性、地上和地下性状进行测定的基础上，结合谱系生态学和功能生态学的研究方法，重点研究和比较一年生短命植物地上、地下性状在进化过程和环境梯度上的趋同与趋异适应，并探讨进化过程中趋同和趋异适应和环境梯度上趋同与趋异适应之间的内在关系及其相关的生态学意义。研究结果对深入理解荒漠植物的适应策略和荒漠地区植物多样性维持，有重要的理论价值。

趋同适应与趋异适应作为植物适应环境变化的两种主要策略，既受到进化过程中性状谱系保守型与适应性辐射的影响，也受到环境筛选和种间关系的影响。之前研究均侧重于对进化过程和环境梯度上二者的独立研究，很少有研究综合考虑和比较二者在进化过程和环境梯度上的区别与联系。本项目以准噶尔荒漠中一年生短命植物为研究对象，通过2017和2018年对32个样地群落结构调查、地上和地下性状测定、环境因素和土壤养分收集，分析了一年生短命植物多样性地理空间分布格局与群落结构变化特征，以及进化过程和环境梯度上该类植物趋同与趋异适应，探讨了趋同和趋异适应在进化过程和环境梯度上的关系。所获得的主要结果为：（1）发现一年生短命植物物种丰富度和谱系多样性的地理空间分布格局，同时受到海拔、现代气候、末次冰期以来古气候变化距平、土壤养分和地上生物量等多因素的共同影响。（2）揭示了该类植物相对生物量变化，同时受到环境因素和共存物种对资源竞争的影响。（3）发现一年生短命植物种子休眠类型、株高、地上和地下生物量在进化过程中均表现为趋同适应的特征，即亲缘关系相近的物种，其在性状上也较为相似。但性状变化与物种在进化过程中分化时间并无显著关系。（4）证明了该类植物趋同与趋异适应受到环境因素的影响。在2017年随生长季降水增加，逐渐从趋异适应转变为趋同适应。在2018年，趋同与趋异适应显著受到土壤pH的影响，在pH较低的地区主要表现为趋同适应，而在pH较高的地区则以趋异适应为主。此外，该类植物凋落物分解速率也同时存在趋同和趋异的变化特征。（5）发现该类植物净种间亲缘关系指数和净最近种间亲缘关系指数，显著受到海拔和气候因素的影响，表明进化过程中趋同与趋异适应也受到环境因素的调节。这些结果对深入理解该类植物多样性空间分布的成因，及其在进化过程和环境梯度上的适应策略，提供了一定的理论依据。