基于种子功能性状研究栎属青冈栎组植物的适应性进化

Seed is an important stage in the life cycle of plants, which could influence the colonization, adaptation, speciation and extinction. The environmental sensitivity provided by seed functional traits appears to be a key factor in the diversification of seed plants. Seed functional traits also have strong constraints by the phylogenetic signal over their long evolutionary history. While, up to now, the adaptive mechanism of seed functional traits to environmental factors and the effects of phylogenetic signal on seed functional traits are not so clear. A case study on Quercus section Cyclobalanopsis will carry out in this project. We will collect the seed functional traits at first. Then, this project will conduct the phylogenetic comparative methods for seed size, seed dormancy traits and cotyledonary petiole traits, under the background of phylogeny and estimation of climatic variables. We are aimed at assess the relationship between the evolution of seed functional traits and environmental associations, and the difference of contribution between phylogenetic signal and environmental factors. We will illuminate the effects of seed functional traits on adaptive evolution of section Cyclobalanopsis. This project will provide a basis for the study of their species differentiation, system evolutionary process, geographic distribution patterns and conservation biology.

种子是植物生活史中的重要阶段，直接影响着植物的定植和适应以及物种的形成与灭绝。种子功能性状的环境敏感性对植物多样化格局十分关键，同时，这些性状在长时间的进化过程中受到系统发育的严格约束。但是种子功能性状对环境因子的适应机制和系统发育信号对种子功能性状的约束能力并不清楚。本研究以栎属青冈栎组为例，系统观察和测定其种子功能性状，在其系统发育框架下，结合气候因子的评估，对种子大小、种子休眠特性和子叶柄形态性状进行系统发育分析。旨在，评估种子功能性状演化与环境因子的关联性；系统发育信号和环境因子对种子功能性状演化的贡献性差异。本研究可阐明种子功能性状在青冈栎组植物适应进化中的意义，可为青冈栎组植物的物种分化、系统演化过程、地理分布格局和保护生物学研究奠定重要基础。

种子是植物生活史中的重要阶段，直接影响着植物的定植和适应以及物种的形成与灭绝。种子功能性状的环境敏感性对植物多样化格局十分关键，同时，这些性状在长时间的进化过程中受到系统发育的严格约束。但是种子功能性状对环境因子的适应机制和系统发育信号对种子功能性状的约束能力并不清楚。本研究以栎属青冈栎组为例，系统观察和测定其种子功能性状，在其系统发育框架下，结合气候因子的评估，对种子大小、种子休眠特性和子叶柄形态性状进行系统发育分析。本研究发现：（1）栎属青冈栎组植物的种子休眠类型有无休眠、物理休眠、生理休眠、上胚轴生理休眠和综合休眠五种类型；（2）小果实、果实两年成熟、胚轴位于柱座端、传统子叶柄和生理休眠是栎属青冈栎组植物的祖先性状。（3）随着性状演化，由小果实进化为中果实和大果实；果实从两年成熟进化为一年成熟；然而，果实形状的祖先性状不明显。（4）种子的胚轴从近柱座端萌发进化为从近果脐端萌发；子叶柄伸长是由传统子叶柄演化而来。（5）生理休眠是栎属青冈栎组植物的进化枢纽，物理休眠、无休眠、上胚轴生理休眠和综合休眠是物种对特殊环境的适应性演化结果。研究表明，栎属青冈栎组的种子功能性状多样性较高，对青冈栎组植物的分布和物种的分化有着重要的影响。种子大小、子叶柄形态以及休眠类型等种子功能性状的变化在种群的建立和维持中具有重要的生态学意义，特别是在变化和不稳定的环境中，甚至可能在物种的进化成功和提高物种多样性中发挥重要作用。