中国木兰科主要类群植物关键功能性状的协同进化及其生态适应性研究

Phylogenetic analyses on plant functional traits are of key importance to reveal ecophysiological mechanisms of plant adaptive evolution. It has been shown that different lineages of Magnoliaceae have three distribution centers in China that belong to three climatic zones, and previous findings of the applicant demonstrate distinctive divergences of key functional traits among these main lineages. With the construction of a complete phylogeny of Magnoliaceae, we will measure photosynthetic and hydraulic traits of Magnoliaceae species from the four largest genera in their distribution centers (Guangdong, Hubei and Yunnan, respectively). By detecting the phylogenetic signals of each functional trait, testing the co-evolution relationships between key functional traits, and relating traits to climatic and seasonal changes, we aim to clarify phylogenetic niche conservatism in key functional traits and their co-evolutions, and to identify the association of ecophysiological strategies taken by different Magnoliaceae lineages and their geographical distribution patterns, thus revealing the ecophysiological mechanisms of the adaptive evolution of Magnoliaceae in terms of functional trait variations.

功能性状的系统发育分析是探究植物适应性进化的重要研究手段。中国木兰科植物不同进化类群呈现热带-亚热带的分布格局，而申请人前期研究也发现木兰科主要类群的功能性状存在显著分化。本项目拟在构建完善的木兰科系统发育树的基础上，以中国木兰科四个最大属（含笑属、玉兰属、长喙木兰属和木莲属）为研究对象，在其各自的分布中心（广东、湖北和云南）测定植物光合作用/水分关系相关的功能性状；分析性状的系统发育信号和性状之间的协同进化关系；比较功能性状对不同气候带的生境及季节变化的适应性。本项目力图阐明木兰科植物关键功能性状的系统发育生态位保守性和协同进化，以期揭示木兰科主要类群的生态适应性与其地理分布格局的关系，并基于功能性状解析植物适应性进化的生理生态机理。

功能性状的系统发育分析是探究植物适应性演化的重要研究手段。中国木兰科植物不同演化类群呈现热带-亚热带的分布格局，而申请人前期研究也发现木兰科主要类群的功能性状存在显著分化。因此本项目在构建完善的木兰科系统发育树的基础上，以中国木兰科四个最大属（含笑属、玉兰属、长喙木兰属和木莲属）为研究对象，在其各自的分布中心（广东、湖北和云南）测定植物光合作用/水分关系相关的功能性状；分析性状的系统发育信号和性状之间的协同演化关系；比较功能性状对不同气候带的生境及季节变化的适应性。本研究发现：(1)木兰科在南北亚热带共有种的生态适应性主要体现在调节气孔的形态和功能，而叶片导水率、木材密度没有明显的种内变异；(2)木兰科先花后叶植物花和叶采取不同水分策略，相对于叶在不同环境下高效的气孔调节以维持高的蒸腾，花消耗的水分更少，采取保守的水分策略来维持水力安全；(3)木兰科两个近缘属对中国亚热带地区季节变化的生理生态适应策略不同，其生理生态调节受叶片生活型的影响比受季节变化的影响更大，从而从生理层面反映了这两个近缘属的趋异演化；(4)木兰科落叶物种比常绿种叶片寿命短，但采取低成本构建策略，提高比叶面积获得更多光资源，增加营养积累，以适应玉兰属在北亚热带较短的生长季和较低水热条件；(5)项目后期进一步拓展研究对象，在植物水力权衡关系和水分生态位演化上做出了一系列进展。本项目为探讨木兰科植物关键功能性状的系统发育生态位保守性和协同演化，揭示木兰科主要类群的生态适应性与其地理分布格局的关系，并基于功能性状解析植物适应性演化的生理生态机理，促进濒危植物迁地保育提供了重要参考。