拟南芥不同生态型及近远缘种的表型适应研究

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目的:表型整合是表型进化研究的一个重要方面。然而,在一个模式系统内,仍然缺乏利用现代比较方法将生态学与生理功能特征相结合对表型整合的进化开展的研究。种群间和物种间表型分化与表型整合分化是否存在关联?自然选择与系统发生对表型整合产生怎样的影响等问题至今是表型进化研究的基本问题。 方法:本研究选取了新疆石河子、新疆青河、浙江、美国哥伦比亚四种群的拟南芥,以及新疆境内拟南芥的近缘种小拟南芥、远缘种南芥和庭荠作为实验材料。各种材料均种植于相同环境下,测定形态、光合生理、荧光生理、生活史等综合特征差异。而且选取技术较为成熟的库尔勒香梨为实验材料,通过对四种大量元素的调配为香梨生根培养基的优化提供理论依据,进一步丰富表型适应理论。在文章中,选取了单个、两个以及多个特征的整合从不同的功能角度上运用了方差分析、相关分析、多重比较、通径分析以及共同主成分分析。 结果:①在拟南芥种内单个特征的分化上,石河子与另外三种生态型之间分化相对较大。同时,各生态型在两两特征之间相关格局上均产生较大分化。共同主成分分析方法研究了多个功能特征整合格局的分化,在不同的物种之间,伴随着系统关系的远近,形态、繁殖特征整合格局逐渐分化,而光合与荧光生理特征整合格局在种群间分化明显,对自然选择更为敏感。②繁殖时间开始的早晚影响资源对营养特征和繁殖特征的分配;个体发育过程中两两特征的相关格局在早开花和晚开花生态策略上显著分歧;早开花生态型有着相对约束的相关格局。自然选择可能发生在个体发育的任何阶段,而且在发育过程中选择发生的阶段是导致种群分化的关键时刻。③自然选择对植物的生长繁殖产生显著地影响,表型灵活应对与外界环境。选取技术较为成熟的库尔勒香梨为实验材料,通过对四种大量元素的调配来研究外界环境对功能器官的作用,探索实验材料在表型上如何适应外界环境,发现元素对生根率的影响是复杂的,既有直接的作用,也有元素之间的协同效果所产生的间接作用。针对难生根的木本植物的生根培养基的优化,应该充分考虑到元素之间的相互作用,围绕最关键的几种元素进行调配。在实践应用上进一步补充表型适应理论。 结论:自然选择可以作用在生物体的不同结构层次上,从单个特征、两两特征以及多个特征整合格局等等;而且不同层面的分化又受到不同或者相同的功能、遗传基础的约束,所以物种内以及物种间的分化也是体现在多个结构层次上的。遗传组成相似的类群有着相似的整合格局,同时整合格局的分化也与自然选择压紧密相关,遗传的约束和自然选择彼此权衡,相互辩证,导致种群或者物种进化速率的快慢。而且应用探索发现各种环境因素(自然选择压)与遗传约束之间相互作用,使植物维持正常的生理状态,得到响应环境的最适表型。
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