云南种子植物系统发育区系地理学研究

The species composition of plant assemblages can in large part be explained by the combined effects of natural environmental and a long-term evolutionary history which includes speciation, diversification, dispersal, and extinction. These factors are core issues in biogeographic studies. Traditional attempts at floristic studies often ignore the rich context that evolutionary history can provide so that these studies hardly show the role evolutionary history played in floristic assemblages. Advances in plant systematics and the ability to infer regional phylogenetic trees will pave the way for integrating phylogenetic analysis into floristic studies which will become a new research direction in floristics. In this project, we focus on the flora of seed plants in Yunnan, China. By assembling a large phylogenetic tree that includes all of extant seed plants in Yunnan and by combining data on the geographical distribution of species and climatic information in each county in Yunnan, we can carry out a floristic study from a phylogenetic dimension on the flora of seed plants in Yunnan. Correlation analysis will be used to relate the phylogenetic structure of Yunnan floristic assemblages to climatic factors. Also, a quantitative evaluation approach will be used to assess mean lineage ages of Yunnan floristic assemblages in different regions. The results of this study will be to test the tropical niche conservatism hypothesis, to reveal the evolutionary characters of the Yunnan flora, to illuminate the effect of the different evolutionary processes on the Yunnan floristic assemblage, and to indicate old or young origins of the Yunnan flora. The project will help to better understand the characteristics of the Yunnan flora and the underlying reasons for its assemblage. This research project will be a case study for exploring the roles of phylogeny in floristic studies.

植物区系是进化历史过程中物种的隔离、分化、扩散和绝灭等事件与环境共同作用的结果，是生物地理学研究的核心内容。传统植物区系地理学研究因未充分考虑类群间的进化关系，难以揭示进化历史在区系形成中的作用。随着植物系统学的发展和区域性生命之树的构建，将系统发育引入植物区系研究，已成为植物区系地理学新的生长点。本项目拟以云南种子植物区系为研究对象，构建云南种子植物的宏系统发育树，结合物种的地理分布及不同区域的气候环境信息，从进化历史的角度开展植物系统发育区系地理学研究。通过定量化评估云南植物区系的系统发育结构随气候因子的变化规律及植物区系的平均谱系年龄，验证热带生态位保守假说，解析云南植物区系的进化特征，阐明不同进化过程在现今云南植物区系形成中的作用，揭示云南植物区系的起源是古老还是年轻。研究结果将深化对关键地区植物区系的性质及其成因的理解，并为探讨系统发育在传统植物区系地理学研究中的应用提供实例。

植物区系是植物生命在进化过程中与环境相互作用的产物。传统区系研究假定物种是相互独立的自然单元，忽视了物种的演化、灭绝等进化事件在植物区系形成和演变中的作用。随着高精度系统发育树的构建及数据资料的开放共享，植物区系研究步入了跨学科的大数据整合分析。本项目立足生物多样性热点地区，聚焦云南种子植物区系，从系统发育的角度，开展植物区系的进化历史研究。通过构建时间校准的种子植物宏系统发育树，结合各科属的起源时间、物种分布信息及不同地区的温度、降水、海拔等环境因素，定量化评估植物区系的系统发育关联度和起源时间与环境因子的相关性，揭示云南植物区系的演变历史特征与空间变化格局。同时，根据数理统计与模型分析，定量化评估不同环境因子在植物区系演化过程中的相对作用，阐明云南植物区系的形成和演变成因。结果表明：植物多样性的系统发育结构由南向北从离散型向聚集型转变，物种间的系统发育关联度逐渐增强，年均温和冬季低温及土壤酸碱度和有机质是云南植物区系演变的重要驱动力，支持“系统发育生态位保守”假说，证明由于环境的过滤作用（温度和土壤有机质的变化），导致物种间系统发育关联度发生了由低向高的转变；云南东南部气候温暖、湿润且地质稳定，富含大量热带植物区系成分，推测该区域植物区系的起源相对较早，而云南西北部位于青藏高原的东南缘，由于印度板块和欧亚板块的碰撞，地质运动较为活跃，加之受第四纪冰川的影响，仅有从热带植物谱系分化而来的温带植物谱系能适应变化的气候情况，从而导致该地区植物区系的起源相对较晚，支持“热带生态位保守”假说；云南南部和西北部是现今云南植物区系物种多样性和系统发育多样性最为丰富的区域。相对于物种多样性来说，西北部植物区系的系统发育多样性较低，富含丰富的温带谱系，植物区系的形成以就地演化为主；相反，南部植物区系的系统发育多样性较高，热带谱系较为丰富，迁移扩散是植物多样性形成的主要方式。