高山冰缘带植物多样性进化适应机制及其对全球变化的响应

中国西南高山冰缘带是海拔最高的生态系统垂直带，其植物多样性的进化和适应的研究能够揭示极端环境下物种的形成和演变，以及全球变化对它们的影响。该项目从冰缘植物区系及其起源和进化、新种系形成机制、植物繁殖系统和生态适应机制三个方面开展研究；从植物区系分析、分类学、结构植物学、细胞学、繁殖生物学、生态学、分子生物地理学、谱系地理学、种群遗传学等宏观微观结合开展研究；利用生命科学和地学相关的学科交叉，从植物区系组成、类群起源进化到种群水平探讨新种系的形成过程，并且在个体的水平上探讨繁殖及生态适应机制，从而揭示冰缘带植物区系特征及地理分布规律以及植物多样性起源进化的过程等生物地理学的重大理论问题。在此基础上结合极端环境中环境因子对物种繁殖和适应的作用及其相互关系，来推测全球变暖导致的环境因子变化对冰缘带植物区系的影响以及植物对气候变化的响应。

研究从高山冰缘植物的区系组成、起源和适应三个方面开展了系统的研究。取得如下进展：1. 区系组成上：弄清了冰缘植物的区系组成特点和地理分布规律，即横断山高山冰缘带有种子植物942种，属168属，48科，是世界同类环境中物种多样性最丰富的区域；揭示了其系统发育结构和物种共存主要机制是由于高山环境的过滤和快速的物种分化。2.在起源上：通过对兔耳草属(Lagotis)、蓝钟花属(Cyananthus)、瑞香狼毒属(Stellera)、绢毛菊属(Soroseris)、肉菊属(Stebbensia)、合头菊属(Syncalathium)、马尿泡属(Przewalskia)、香青属(Anaphalis)、落新妇属(Astilbe)、柳属(Salix)等类群的分子生物地理学研究表明，高山冰缘植物许多是在喜马拉雅隆升过程中分化形成，且大都同相应的地质事件相对应；其源头主要为古地中海区系，此外还有北方高纬度区系。在种系地理格局方面,对绵参，石砾唐松草、拟漏斗菜，垫紫草等研究发现：高山冰缘植物受高山“孤岛效应”的影响，形成了不同山头间居群拥有各自独特的遗传结构，表明在第四纪冰期和冰后期时这些物种没有发生过大规模的种群迁移；该研究暗示着第四纪冰对横断山植物多样性的影响可能是有限的。3.在适应机制上：通过对冰缘带植物繁殖系统的研究，发现其繁殖系统是以多年生草本为主，以雌雄同体为优势，大而艳丽的花和泛性的传粉性状为突出特征。进一步通过对铃铛子、钟花垂头菊、细叶蓝钟花、瑞香狼毒、喉毛花等类群的繁殖生物学以及通过对塔黄、毡毛雪莲和绵参等特化形态性状的适应性研究表明高山植物通过特化的形态结构能显著提高植物的繁殖适合度。此外，还对高山特殊结构的垫状植物团状福禄草、关节萎陵菜等多种垫状植物进行了研究，证实了这一特化结构对于高山冰缘带生态系统内物种构成和多样性状况的改造作用，是高山冰缘群落中的关键成分。最后通过对塔黄物种更新机制的研究，预测了全球变化通过改变植被和土壤水分环境，将影响高山冰缘带植物的种群更新与维持，甚至局域灭绝。. 项目共发表研究论文43篇，其中SCI期刊论文38篇（包括New Phytologist, Molecular Ecology等著名期刊）；完成专著1部。超额完成了计划任务书规定的目标。