横断山高山冰缘植物区系染色体谱及细胞地理特征的研究

Alpine subnival zone is the highest biota in the world, the environment is extremely harsh and also is the limit for biota. Alpine subnival flora in Hengduan Mountain is the richest in the world and is about more than 2-3 times of simliar environments of the worldwide by holding 942 species, 168 genera and 48 families of seed plants. The flora relatively is young and integrated with highly species differentiation and diversification, which is the optimal place for studying the formation of polyploidy and chromosome’s evolution. In the project we will extensively carry out cytological studies in subnival flora from Hengduan Mountains, and combining all already chromosome data and literatures, to complete the chromosome atlas of subnival flora in Hengduan Mountain. Besides, we will select some characteristic plant groups, from dimensions of latitude and altitude, to further insight into the evolution of chromosome, frequency of polyploidy and cytogeography, and combining the data of phylogeny and geological history, to test and verify the hypothesis of “polyploidy beforehand adaptive mechanism” and “ice age accelerate formation of polyploidy” , and reveal the date of formation of cytogeographical patterns related to biogeographical evolution in the subnival flora of Hengduan Mountains. It will have importance significance not only for understanding floristic evolution and species adaptation, but also for providing bases for thorough molecular and genomics research, as well as exploit plant resources and biodiversity conservation.

横断山高山冰缘带是海拔最高的生命带，其物种分化剧烈，植物区系组成年轻，是同类生境中植物多样性最为丰富的区域，有种子植物942种，168属，48科，是全球同类生境中物种的2-3倍以上，是研究植物染色体进化和多倍体形成的最佳场所。本项目选择横断山高山冰缘带植物区系开展广泛的细胞学研究，结合已有的文献资料构建染色体谱；并分析其染色体组成特征以及多倍体的发生频率，同时选择一些代表类群从垂直和水平梯度进行细胞地理学比较研究，进一步研究染色体特征的演化规律和多倍体发生频率；结合系统学资料以及地质历史，验证极端环境“多倍体预适应机制”假说以及 “冰期加速多倍体形成”假说，弄清物种形成机制以及高山冰缘植物区系细胞地理格局形成的时间及进化关系。这对揭示植物区系的形成演化、生态适应机制等有重要的科学意义，也为分子生物学或基因组的研究提供基础；还为资源的挖掘、新品种的培育以及生物多样性保护提供重要的理论依据。

项目根据计划任务书，围绕三个目标即：1.多倍体在高山植物区系形成或新种形成中的作用；2.多倍体产生是否同极端环境或地质历史冰期的影响有直接的关系；3.高山冰缘植物区系细胞水平上的进化特征及机制，从高山冰缘植物区系的染色体谱的构建、染色体组成特征及多倍体发生频率、冰缘带特征类群的细胞地理学比较研究以及多倍体在进化上的意义等三个内容来开展研究，取得了如下成果：1.完成了《横断山冰缘植物染色体谱》，详细记载了横断山冰缘带植物共计有28科62属186种的细胞学资料，其中有160种250居群物种为本项目所补充，包括了首次报道的87种143居群的染色体核型资料；2.通过对重要类群：如虎儿草属、红景天属、雪莲属、报春花属等12个类群的细胞学研究,发现冰缘带植物染色体变异和细胞地理进化主要是在二倍体水平上，且发现研究区域中辐射分化较剧烈的类群均有染色体基数或非整倍性变化的现象，综合系统发育分析，提出了染色体基数的非整倍性变化是横断山高山冰缘带重要类群的染色体进化特征，进而推测染色体的非整倍性变化是驱动该区域物种快速辐射分化的重要驱动力；3.多倍体的进化：倍性统计分析表明横断山冰缘带植物倍性以二倍体物种占优势，比率为77.86%；多倍体占比为22.14%。因此，多倍体在该区域的发生频率较低。“多倍体更能适应极端环境”或“多倍体预适应机制”等理论在这里未能得到支持。这也间接表明，横断山区地质历史上未受到大冰期较大的影响，因而没有能形成高频率的多倍体细胞地理特征。本研究间接支持“冰期能加速多倍体形成”的理论。综上所述，项目拟定的三个目标已经完成。到目前为止，发表研究论文30篇，其中19篇为SCI论文，17篇为项目第一标注；会议论文2篇，专著1部（定稿）；研究生论文9篇（其中硕士论文7篇）。