南亚热带常绿阔叶林繁殖性状-生态环境-进化分支的系统发育研究

Propagation is the necessary stage throughout the whole life history of plants, which works as an important vector for offspring sustainability and population development. Previously published studies have paid much attention on nutritive characters, in a short-term or at the clade- or species level, but lack researches on reproductive traits, in a long-term or at the community level. Based on the platform of Dinghushan and Maofengshan lower subtropical evergreen broad-leaved forest plots, the present program will complete the field survey of five reproductive traits (i.e., flowering phenology, pollination mode, fruit type, seed dispersal mode and seed mass), and carry out a phylogenetic analysis of reproductive traits, eco-environmental elements and clades in the two forest plots. The program will focus on the following topics: (1) un-covering the pattern of each reproductive trait; (2) detecting the possible trend of correlated evolution between reproductive traits; and (3) exploring the specific correlation of reproductive traits with clades, and eco-environmental elements, and probing the key ecological processes causing and affecting the patterns of reproductive traits in the local communities. The program appears to be urgently significant to our understanding the way of community assembly and the survival strategies of woody plants in a specific local circumstance.

繁殖是整个植物生活史的必经环节；在后代延续和种群发展过程中，繁殖性状作为载体所起的作用极为重大。以往国内外植物性状研究较多集中在短期监测、类群或物种水平及营养性状方面，而较少关注长期监测、群落水平和繁殖性状方面。本项目以鼎湖山和帽峰山南亚热带常绿阔叶林固定样地为平台，在做好局部森林群落植物开花物候、传粉模式、果实类型、种子散布方式和种子重量等五类繁殖性状监测和调查的基础上，综合群落系统发育关系、进化分支和生态环境等因素，从群落和类群水平上开展"繁殖性状-生态环境-进化分支"的系统发育研究。重点分析（1）单个类型繁殖性状的分布格局；（2）不同类型繁殖性状之间可能的关联进化趋向；（3）繁殖性状与各进化分支和生态环境要素之间的特定关联，探讨产生和影响局部群落繁殖性状格局的关键生态学过程。本研究对理解植物群落构建方式以及木本植物在特定生态环境下所采取的生殖策略具有重要意义。

在全球变化加快的背景下开展植物繁殖性状的演化以及与环境的交互作用具有一定科学意义。本项目主要关注南亚热带森林群落（广东肇庆鼎湖山国家级自然保护区和广州帽峰山森林公园），监测了常见木本植物的几个重要繁殖性状，运用国际通用的植物DNA条形码技术进行群落水平上的物种辨别、系统发育关系构建，初步分析了几个森林样点常见树种的叶片、枝干等植物器官的环境化学元素含量。重要研究结果有：（1）揭示了南亚热带常绿阔叶林植物群落开花物候的单峰分布基本特征。基于野外观测和标本记录，分析了鼎湖山保护区内2000多植物物种的开花特征，发现总体开花日期频谱呈弱双峰分布；乔木、草本和藤蔓植物的开花日期频谱均为单峰分布，灌木为双峰分布，这可能与北半球季风气候是相适应的。发现植物开花物候与降水量和大气温度关联显著。（2）整合了植物DNA条形码在物种辨别、群落系统发育关系构建等方面的应用。联合CTFS-ForestGEO和CForBio森林大样地网络20余位学者，采用国际通用的叶绿体基因条形码片段（rbcL、matK、trnH-psbA），提出在全球13个森林大样地、1270多种木本植物的条形码物种辨别成功率与近缘类群有显著关联；初步归纳出DNA条形码在探索群落格局、丰富生物多样性内涵、完善生命之树等方面有较大的应用前景。（3）解释了城市森林生态系统与几种环境污染物间的交互作用。其中（a）广州、佛山等3种林型、32个树种枝叶S含量负荷研究发现：叶片S含量显著高于枝条；相同林型不同物种间枝叶S含量差异显著；广州市帽峰山和南沙林地优势种枝叶中S含量相似且较低，而顺德龙凤山较高。表明植物枝叶S含量可能与空气环境中S负荷正关联。（b）广州市南沙区海防林植物-土壤-水体3种介质中Pb、Cd元素的含量时序研究发现：土壤是主要储存库，海堤防护林土壤重金属元素的吸储率显著，其Pb、Cd元素质量含量显著高于水体介质；木本植物可有效吸储，其中Pb在枝条中的含量高于叶片。（c）广州市帽峰山常绿阔叶林生态系统对降水PAHs的影响和土壤剖面渗透水特征模拟试验表明：常绿阔叶林的林冠层对降水PAHs的贡献率约24.1%，土壤系统的贡献率约59.3%。.以上工作的开展，丰富了南亚热带常绿阔叶林植物繁殖性状、群落系统发育关系、植物器官化学元素含量与环境响应等研究内涵。