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中國科學(xué)院昆明植物研究所
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科研進(jìn)展

昆明植物所揭示新生代氣候變化背景下亞熱帶常綠闊葉林的動態(tài)演化歷史

文章來源:中國西南野生生物種質(zhì)資源庫  |  發(fā)布時間:2023-03-02  |  作者:秦聲遠(yuǎn)  |  瀏覽次數(shù):  |  【打印】 【關(guān)閉

 

  闊葉林是指由被子植物闊葉樹種組成的森林,與松柏類樹種組成的針葉林,以及荒漠、沼澤等植被型組相區(qū)別。闊葉林可分為落葉闊葉林、常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、硬葉常綠闊葉林、季雨林和熱帶雨林等。其中,常綠闊葉林是我國亞熱帶地區(qū)最具代表性植被型,外貌為四季常綠,殼斗科、樟科、山茶科、木蘭科樹種等是其優(yōu)勢種特征種。新生代以來,隨著青藏高原的進(jìn)一步隆升、東亞季風(fēng)的形成和加強(qiáng),我國亞熱帶地區(qū)的森林植被也發(fā)生了深刻變化。盡管東亞季風(fēng)的起源仍有爭議,目前的研究表明,早始新世華南等熱帶地區(qū)季風(fēng)已經(jīng)存在。到了晚始新世(4100萬年前),季風(fēng)的范圍擴(kuò)展到北緯30度亞熱帶地區(qū),促使東亞亞熱帶地區(qū)的氣候類型由干旱轉(zhuǎn)向干濕季分明的季風(fēng)氣候。直到漸新世-中新世交界期,東亞季風(fēng)的范圍已接近于現(xiàn)今水平。前期基于化石和分子證據(jù)的研究表明,東亞常綠闊葉林可能起源于始新世,并在早中新世經(jīng)歷了多樣化。然而,東亞常綠闊葉林何時起源并最終形成“現(xiàn)代化”的格局仍存在較大爭議。同時,新生代氣候變化,尤其是季風(fēng)的演化如何影響亞熱帶常綠闊葉林的優(yōu)勢種和特征種常綠與落葉習(xí)性的更替?這些科學(xué)問題亟需更為深入的研究。

  中國科學(xué)院昆明植物研究所李德銖專題組在基于山茶科系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)探討東亞常綠闊葉林起源與演化研究的基礎(chǔ)上,近期以東亞常綠闊葉林的優(yōu)勢類群——樟科木姜子復(fù)合屬群(Litsea complex)為研究材料,對該屬群97種植物進(jìn)行取樣,以樟族,鱷梨族的物種為外類群,利用基因組重測序的方法,以山蒼子(Litsea cubeba)基因組為參考,篩選高質(zhì)量的全基因組單核苷酸變異位點(diǎn),并依據(jù)葉綠體全基因組進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育構(gòu)建、多樣化速率分析、常綠與落葉祖先性狀重建、環(huán)境因子模擬,同時結(jié)合其它亞熱帶常綠闊葉林特征類群的研究結(jié)果進(jìn)行了深入分析。 

  研究表明,木姜子復(fù)合屬群可分為八大分支。早期分化的分支IV都包含落葉習(xí)性的物種,或以落葉物種為主,而分支VIVIII則全部是由常綠習(xí)性的物種組成。分化時間和祖先狀態(tài)重建顯示,木姜子復(fù)合屬群及鱷梨族、樟族的共同祖先在早始新世(約5500萬年前)的溫暖氣候背景下開始分化,其共同祖先是常綠類型。隨著中始新世全球的持續(xù)降溫,木姜子復(fù)合屬群的共同祖先演化出落葉類型,落葉分支的起源比常綠分支要早很多。中始新世到晚始新世期間,東亞亞熱帶地區(qū)以干旱氣候為主導(dǎo),落葉分支逐漸起源與演化。隨著4100萬年前季風(fēng)氣候轉(zhuǎn)變?yōu)闁|亞亞熱帶地區(qū)主導(dǎo)的氣候類型,所有的常綠分支才逐漸興起。直到早中新世,東亞夏季風(fēng)的加強(qiáng)和冬季風(fēng)的減弱,加速了所有常綠分支中屬級分支的分化。多樣化速率表明,常綠分支的物種可能經(jīng)歷了多樣化速率的提升。環(huán)境因子分析也發(fā)現(xiàn),常綠物種的分布區(qū)不論在年均溫、年降水、最暖季降水量上都顯著高于落葉物種。此外,環(huán)境因子貢獻(xiàn)性分析發(fā)現(xiàn),極端季節(jié)的降水,如最暖季降水量,是決定東亞亞熱帶地區(qū)木姜子復(fù)合屬群的分布的關(guān)鍵氣候因子。最后,綜合現(xiàn)有的亞熱帶常綠闊葉林特征類群的研究表明,東亞常綠闊葉林的原型(proto-type)可能起源于早始新世,而隨著東亞季風(fēng)在早中新世的加強(qiáng),最終形成了“現(xiàn)代化”的亞熱帶常綠闊葉林。 

  研究結(jié)果以Phylogenomic insights into the origin and evolutionary history of evergreen broadleaved forests in East Asia under Cenozoic climate change 發(fā)表在國際分子生態(tài)學(xué)旗艦期刊Molecular Ecology博士研究生秦聲遠(yuǎn)為論文第一作者,李德銖研究員和馬朋飛研究員為論文共同通訊作者,該研究得到了中國科學(xué)院B類先導(dǎo)科技專項(XDB31000000)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(Y201972)和中科院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開放研究項目(2017-LSF-GBOWS-02)的資助。 

  文章鏈接 

 

1 木姜子復(fù)合屬群的生物地理歷史重建 

 

2 木姜子復(fù)合屬群常綠與落葉祖先狀態(tài)重建 

 

3 新生代古氣候事件,特別是季風(fēng)演化與東亞亞熱帶常綠闊葉林特征類群的起源 

(責(zé)任編輯:李雪)

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