高山流石滩紫堇属植物伪装色彩的地理分异及叶色二态性的进化

The color of organisms is the most interesting topic in the study of evolution. Defensive coloration, including camouflage, have been received considerable attentions in the field of animal study, but we have very limited knowledge on this topic in the plant kingdom. In the alpine screes from SW China, we found several plants that showed obvious camouflage coloration, including a few Corydalis species. In previous studies, we revealed the adaptive significance of this camouflage leaf color, based on which we will further ask two more important questions in this study. 1 Do cryptic morphs show leaf color divergence geographically and how this pattern evolved? 2 How leaf color dimorphism can be maintained in population or what is the evolutionary pattern of color morph frequency. To answer these questions, we will use the methods from field of visual ecology, reproductive ecology, physiological ecology, anatomy and population genetics. As plants are different from animals in many ways, this study will not only expand our understanding on the evolution of defensive coloration in plants, but also improve our knowledge on this topic that established on animal study.

生物的色彩是进化研究中最引人注目的话题之一。包括伪装在内的防御性色彩的进化在动物中已经受到了广泛的关注，但人们对植物防御色彩进化的认识还非常有限。我国西南高山流石滩环境中存在着较丰富的具有伪装色彩的植物类群，其中包括几种具有显著叶色多态性的紫堇属植物。在阐明紫堇伪装色彩适应意义的基础上，我们将进一步阐明与伪装色彩进化相关的其他问题。这些问题主要包括：伪装色彩的地理分异格局和成因如何？叶色二态性的维持因素和进化格局如何？项目将结合视觉生态学、繁殖生态学、生理生态学及群体遗传等多学科方法来揭示这些格局并阐明其背后的成因。由于植物在诸多方面有别于动物，该研究不仅将开拓我们对植物防御色彩进化的认识，成为该领域研究的范例，还有可能完善前人在动物领域建立起来的关于伪装色彩进化的理解。

本项目以我国西南高山流石滩环境中生存的两种紫堇属植物为研究对象，利用其群体内的叶色二态性和群体间的叶色分化探讨与伪装色彩相关的进化生态学问题。项目结合视觉生态学、繁殖生态学、生理生态学及群体遗传等多学科方法来揭示上述格局并阐明成因。项目成员首先以半荷苞紫堇为研究对象，全面调查各群体色彩分化，利用便携式光谱仪获得了各群体的叶色和岩石的反射光谱，并利用其天敌（蝶类）的色觉参数建立色觉模型，计算了各群体的色彩差异及其伪装的程度。结果表明，叶色在群体间显著分化，且各群体的叶色在当地的伪装效果最佳，是一种明显的就地适应。叶色差异直接源自表皮细胞中不同的色素比例，而伪装效果差异的进化生态学原因与各群体经历的选择压力差异有关：伪装好坏与取食压力正相关。此外，项目利用叶绿体基因组和核基因序列构建了两个物种各9个群体的遗传结构，结果表现出明显的地理结构，群体间的遗传分化显著，但群体间的表型相似性与遗传相似性并不显著相关。这表明，叶色分化发生在群体定居之后，是适应性进化的结果。