水生高等植物对异质水域环境的表型适应和遗传分化

水生高等植物普遍具有比陆生植物更广的地理分布范围，在不同气候带形成跨带和隔带分布现象，表现出对异质水域环境不同的适应能力。中国是世界上唯一有从热带-温带-寒带连续广阔气候带的国家，并具有独特的三级阶梯地势，不同自然地理区水体性质分异很大。水生植物的演化常有极其不同的遗传和生态背景，在由陆生被子植物进化而来的过程中形成了四种生活型，在每种生活型中都有广布在中国南北各水体的物种，这为研究它们对异质水域的适应进化机制提供了天然的实验场所。本项目拟以广布在中国地势三阶梯的水生高等植物为材料，利用野外调查、同质园种植试验和DNA指纹分析研究表型可塑性和遗传变异对水生植物广布种在不同水生生境中的表型变异的相对贡献，并结合地史演变探讨各物种的扩散路线。本研究有望揭示水生植物的进化过程及水生植物在中国地势三阶梯的地理分布格局的成因，这对进一步揭示东亚被子植物的起源、地理分布格局及成因有十分重要的科学意义。

水生高等植物的许多物种具有广泛的地理分布范围，能适应中国广大地理范围内水域环境差别较大的湖泊生境。本项目已在云贵高原、长江中下游平原、华北平原的多个湖泊中开展了野外考察和水生植物样品采集工作，并对样品进行了遗传分析，结合同质园种植试验，探讨了水生高等植物对湖泊环境的适应表现。遗传分析发现广布在异质水域的沉水植物穗花狐尾藻和浮叶植物荇菜的遗传变异主要存在于湖泊居群间（≥79%），而居群内的遗传变异所占比例很小；荇菜居群间的遗传距离与地理距离有较大的相关性，而穗花狐尾藻则不然。同质园种植试验结果发现不同物种表现出了对携带泥沙的洪水、频繁的机械损伤和水位波动、底泥类型改变具有不同的适应能力。研究结果暗示虽然水生高等植物广布种对异质水域环境有较强的适应能力，但高强度的人为干扰使湖泊中的水生植物正在经历环境的改变，物种间适应能力的差异可能改变水生植物的群落组成。