新疆天山北部拟南芥种群适应研究

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种群是在同一时间内分布于同一区域内具有异质性的同种个体的集合,是物种的外在表现。在环境的变化下不仅个体表型特征之间相互协调表现出个体适应性,而且异质性的个体间由于相互作用,在种群上表现出不同的数量变化和维持、增长模式,是种群适应环境的综合体现,因此种群适应研究是全面了解种群适应进化的基础。  本研究首次以天山和阿尔泰山拟南芥自然种群为研究对象,连续三年观测了种群统计学特征变化,对比分析了不同萌发时期植株表型特征的变异和种群间个体的变异程度,结合不同萌发时期拟南芥种子对温度变化的母体效应,不同萌发时期植株存活率和繁殖率之间补偿作用,探讨了天山北部拟南芥种群的适应机制,得出以下结论:  一、通过对天山和阿尔泰山拟南芥自然种群统计学特征调查发现:1)拟南芥种群均呈斑块状分布,不同地区拟南芥种群均具有持续萌发现象,早期、中期萌发的植株数目占总萌发量的主体部分,晚期萌发的植株数量较少。2)不同地区拟南芥种群大小始终处于动态的波动中,两个区域种群大小总体呈现先增加后减少的趋势。3)不同萌发时期植株的死亡率呈现出:早期>中期>晚期植株死亡率。同时,不同地区个体适合度呈现较一致的规律:早期>中期>晚期个体适合度。  二、对比两地区不同萌发时期9个植株表型特表型征发现:1)同一种群中不同萌发时期的植株间,9个表型特征中除基分枝与茎分枝外其余7个特征均具有显著差异。2)两地区晚期与其他时期植株间繁殖特征(单株角果数、单角果种子数、单株种子总数、果实总重)差异显著,此外阿尔泰山早期与中期植株间营养生长特征(株高、地下生物量、植株总生物量)差异显著。3)两大区域中基分枝数与茎分枝数在植株间离散程度较高,变异较大,阿尔泰山地区营养生长特征变异较大。4)同一地区由不同萌发时期植株组成的种群间基分枝数与茎分枝数均具有较高的平均变异系数,其中单角果种子数变异系数较低。两地区内不同时期间表型特征平均变异系数差异不显著。5)不同萌发时期表型特征间总体呈现显著的正相关关系,两个地区不同萌发时期植株的单株角果数、果实重、植株总生物量以及株高依次与个体适合度有极显著的正相关关系。  三、通过对不同温度下不同萌发时期植株产生种子的母体效应研究发现:1)同一年春季不同时间成熟的种子在不同温度下的萌发具有母体效应。早萌发的植株在种子成熟期间经历的温度较低,后代种子在高温下具有较高的萌发率;2)早期和晚期萌发的植株具有不同的生存策略,早萌发的植株倾向于更宽泛的种子萌发温度来促进种群增长,晚萌发的植株则倾向于使后代在最适宜的环境温度下萌发维持种群延续。3)影响种子萌发开始时间、持续时间及萌发量达到一半的时间的是最适种子萌发温度;  四、种群维持在个体之间,以及不同时期之间存在一定的补偿作用。最终有效种群中,晚期植株存活数目依次高于中期和早期的,而早期植株个体适合度依次高于中期和晚期的。早萌发的植株具有低存活率、高繁殖力的特性,晚萌发植株具有高存活率、低繁殖率的特性,介于早萌发和晚萌发之间的植株则中和了这些特性,最终使种群的适合度最大化。  综上所述,本研究首次发现天山北部拟南芥种群个体表型之间,以及萌发时间上存在异质性,这种异质性很大程度上促进了拟南芥在种群层面丰富的适应对策,这是该物种在新疆干旱环境(阿尔泰山)和湿润环境(天山)都有分布的重要原因。
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