野生荞麦系统进化及其分布地域对气候变化的响应

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本研究以荞麦属野生植物为对象,对其起源中心区域即中国西南地区进行资源调查;通过ITS、matK及psbA-trnH 3个DNA条形码对荞麦属野生植物进行亲缘关系研究,以分子证据与经典形态学证据相结合的方式,对荞麦属野生植物进行了分类;另外,基于1506个野生荞麦地理分布点与19个生物气候因子,在3种代表性浓度路径下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)利用MaxEnt模型预测了2050s时段及2080s时段下起源中心区域荞麦属野生植物的潜在适生区变化,探讨了荞麦属野生植物在其起源中心区域的分布对气候变化的响应,为进一步保护和持续利用荞麦属野生植物提供参考。研究结果如下:(1)在形态特征方面,野生荞麦主要分为一年生或多年生草本及半灌木,茎多细长,株型多直立或匍匐;叶形多为三角形、心形、卵形、戟形,个别为线形;花序多为总状花序、伞房状花序或穗状花序,顶生或腋生;花多为白色及粉色;花被白色、淡红或浅绿,花被片5,多椭圆形;果实多为三棱形,多露出于宿存花被之外。在生长环境方面,野生荞麦适宜生长在中性-碱性的土壤,具有耐贫瘠的生长特性,其中以小野荞麦与金沙野荞麦表现更显著。(2)经过比对后,22种荞麦属野生植物的ITS序列长度为647 bp,matK序列长度1163 bp,psbA-trnH序列长度为442 bp。ITS序列、matK序列和trnH-psbA序列都能成功鉴别荞麦属植物和外类群。三个DNA条形码构建的系统发育树能够将荞麦属野生植物聚为甜荞麦、苦荞麦和金荞麦一支,其余野生荞麦聚为另一支。其中,trnH-psbA序列的种间鉴定能力较差,不能有效的区分大部分野生种荞麦。另外,分子证据支持金荞麦与苦荞麦的亲缘关系更近;汶川野荞麦、羌彩野荞麦及丽花野荞麦在三个DNA条形码中构建的系统发育树中基本聚在一起,说明三种野生荞麦的亲缘关系较近。(3)通过MaxEnt模型模拟当前气候下荞麦属野生植物的适生区,发现影响荞麦属野生植物分布地域的主要生物气候因子为Bio12(年均降水量),Bio19(最冷季平均降雨量),Bio6(最冷月低温),Bio10(最暖季平均温),分别的贡献率为34.6%、14.6%、14.6%、13.7%,累计贡献率77.5%。当前气候下,荞麦属野生植物适生区分布范围主要包括四川的西部、云南省东北部及贵州省西部,面积为1.38×10~5 km~2,低适生区面积为1.56×10~5 km~2,非适生区面积为23.6×10~5 km~2,分别占总面积的5.18%、5.88%及88.94%。(4)通过MaxEnt模型预测2050s时段及2080s时段气候下荞麦属野生植物的适生区,Bio12(年均降水量)在3种代表性浓度路径下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)都具有最大贡献率,说明影响荞麦属野生植物潜在适生区的最重要的生物气候因子为年均降水量。在2050s时段,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5浓度路径下适生区面积分别为1.50×10~5km~2、1.27×10~5 km~2、1.19×10~5 km~2,分别占总面积5.65%、4.78%及4.48%。在2080s时段下,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5浓度路径下适生区面积分别为1.34×10~5 km~2、1.49×10~5km~2、1.48×10~5 km~2,分别占总面积5.06%、5.59%及5.00%。与当前气候相比,未来气候下野生荞麦适生区面积将总体呈下降趋势。野生荞麦的适生区减少可能导致其物种多样性的降低,尤其是分布范围狭窄的一些物种面临灭绝的风险。
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