鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿叶片功能性状的地理变异及其驱动机制研究

The Qinghai-Tibetan Plateau and western desert regions are distribution and differentiation centers of Caragana species. Investigating the responsiveandadaptative differences between species occurring respectively in these two regions to environmental changes is a key step toward understanding the evolution and ecological adaptation of Caragana species. In the present project, we selected Caragana jubata. and C. roborovskyi, which are phylogenetically close but distributed respectively in these two regions. We firstly compare the differences in key leaf functional traits (leaf size, leaf mass per area, leaf element content, carbon and nitrogen isotope composition) among geographic populations of the two species, and aim to assess the inter-and intra-population variation in leaf functional traits and its relationship with geographic, edaphic and climate factors. Secondly, we conduct a common garden experiment with seedlings from natural populations to test the effect of genetic diversity on the variation of leaf functional traits among populations of the two Caragana species; Finally, by comparing the data collecting from field and common garden experiment, we aim to partition theenvironmental and genetic effect on the variation of leaf functional traits, and discuss the similarities and differences in responses to regional environmental changes between the two Caragana species. These results will provide ecophysiological evidence in illuminating the speciation and adaptive evolution of Caragana species.

青藏高原和西北荒漠地区是我国锦鸡儿属植物主要的分布和分化中心，研究分布在这两个地区的锦鸡儿属植物对区域环境变化的响应和适应是理解该属植物演化规律和生态适应机制的关键。本项目拟选择锦鸡儿属近缘种鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿进行比较研究。它们分别广布于青藏高原和西北荒漠地区，是这些地区的主要建群种之一。通过测定两种锦鸡儿不同地理种群的叶片功能性状(叶片大小、比叶重、叶片碳氮磷含量以及稳定碳氮同位素等)，分析种群内和种群间叶片功能性状的差异及其与地理、气候和土壤条件的关系，揭示区域尺度上两种锦鸡儿叶片功能性状对生境变化的响应特征；利用同质园试验检验种群间叶片功能性状变异的遗传特性，分析环境和遗传因素对叶性状变异的影响差异，明确驱动物种适应环境变化的关键控制因素，进而探讨鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡对区域环境响应和适应的异同，为研究锦鸡儿属植物的分化和适应性进化提供重要的生理生态方面的证据。

青藏高原和西北荒漠地区是我国锦鸡儿属植物主要的分布和分化中心，研究分布在这两个地区的锦鸡儿属植物对区域环境变化的响应和适应是理解该属植物生态适应机制的关键。本项目选择分别广布于青藏高原和西北荒漠地区的锦鸡儿属近缘种鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿为研究对象，研究了区域尺度上鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿不同地理种群碳氮同位素组成(δ13C)和元素含量的变异特征及其对环境变化的响应；结合野外观测和同质园试验，比较了鬼箭锦鸡儿不同地理种群叶片性状与种源地环境因子的关系，探讨了遗传和环境因素对鬼箭锦鸡儿叶片变异的相对重要性。结果表明：（1）鬼箭锦鸡儿叶片δ13C随海拔的升高和温度的降低显著增加，与降水不相关，而荒漠锦鸡儿叶片δ13C随海拔和温度的升高均呈显著增加趋势，且随降水的增加显著降低；鬼箭锦鸡儿叶片碳氮比（C/N）与海拔和降水显著正相关，而荒漠锦鸡儿叶片C/N与年均温和生长季均温显著正相关。这些结果说明为了适应各自生境，鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿的水分和养分利用效率对环境变化的响应发生了明显分异。（2）鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿虽然都具有固氮能力，但两者的氮素利用策略存在明显差异：鬼箭锦鸡儿叶片氮同位素组成（δ15N）变化范围在-0.67‰至0.60‰之间，说明该植物主要通过共生固氮获取氮元素用于维持自身生长，荒漠锦鸡儿叶片δ15N变化范围在-4.14‰至2.91‰，且叶片δ15N和土壤δ15N显著正相关，说明荒漠锦鸡儿生长所需氮源主要源于土壤。而且，降水和温度等气候因子均能够显著影响两种锦鸡儿叶片δ15N的变化。这些研究结果不仅有助于我们理解不同地区固氮植物氮素利用策略，同时也丰富了植物氮同位素组成对环境变化的响应式样。（3）遗传和环境对鬼箭锦鸡儿不同地理种群叶片性状的影响存在差异，且与树龄有关，表现为在幼苗阶段（苗龄1年），鬼箭锦鸡儿的叶片性状变异主要与遗传因素有关，而在成年阶段，环境因素对叶片性状的变异起主导作用。通过项目执行，目前发表学术论文4篇，培养研究生1名。