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          研究中心
          我所在洞穴植物葉片元素含量的生態與進化機制研究方面取得重要進展

          近日,我所生態與環境研究中心副主任白坤棟研究員團隊協同園林園藝研究中心副主任韋毅剛研究員團隊在業界公認的國際農林科學類頂級期刊Plant and SoilIF5y = 3.761)上發表有關洞穴植物葉片元素含量的生態與進化機制的研究論文“Contrasting effects of light, soil chemistry and phylogeny on leaf nutrient concentrations in cave-dwelling plants”,白坤棟研究員為該論文的第一作者和通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣西自然科學基金、廣西科技攻關項目以及廣西喀斯特植物保育與恢復生態學重點實驗室建設專項等項目的資助。

          洞穴植物是一類在洞穴生長的植物的統稱,主要以蕨類和草本植物為主。洞穴植物只有吸收生長的必需營養元素才能生長和完成生活史。然而,驅動洞穴植物葉片元素組成變異的因素在國內外都缺乏研究。我所科研人員經過研究并首次系統闡明光、土壤化學和系統發育對洞穴植物葉片元素組成的影響。研究發現,不同洞穴之間植物葉片元素含量變化較小,這是因為洞穴葉片元素含量與可獲得光和土壤元素含量的相關性不顯著。葉片鈣、鎂和氮含量有顯著的系統發育信號,而其它元素含量(即磷、鉀、硫、鐵、錳和鋅)的系統發育信號不顯著。葉片元素含量的進化速率隨著系統發育信號下降而加快,而且草本植物比蕨類植物有較快的進化速率。這些葉片元素含量不同的系統發育保守性最有可能是Omstein-Uhlenbeck進化過程導致的,即對葉片磷、鉀、硫、鐵、錳和鋅含量是朝向一個最優值的穩定選擇,而對葉片鈣、鎂和氮含量是朝向草本植物比蕨類植物有較高最優值的穩定選擇。因此,洞穴植物葉片元素含量對洞穴環境是趨同適應,但是會表現不同程度的系統發育保守性并導致洞穴中草本和蕨類植物的葉片營養多樣性。

           

          論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-020-04422-6

           

           

          Fig 1. An overview on (a) Celing cave, (b) Lihu cave and (c) Yangzi cave in subtropical regions in southern China

          華南亞熱帶地區三個典型洞穴的概貌

           

           

          Fig. 2 Phylogenetic tree construction by neighbor-joining method using the rbcL sequences of the herbs (close symbols) and ferns (open symbols) in Celing cave (circles), Lihu cave (triangles) and Yangzi cave (squares). The bootstrap values are shown at the branching points and family divisions are marked by the broken line on the right side of the tree

          洞穴植物的系統發育關系

           

           

          洞穴植物葉片元素含量的系統發育信號及進化過程

           

           

          洞穴草本和蕨類植物的葉片元素含量差異

           

           

          洞穴光環境與葉片元素含量的關系

           

           

          洞穴植物葉片與土壤元素含量的關系




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