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熱帶植物為何更傾向于產生肉質果實?——系統發育保守性是主導因素

  植物功能性狀通常表現出明顯的緯度和海拔等空間趨勢。大量研究表明環境因子、植物其它功能性狀以及系統發育保守性對這一趨勢均具有不同程度的解釋度;然而,由于方法的局限性,很少有研究對主要影響因子的相對貢獻度進行系統解析。比如,研究者希望給出每個解釋變量對目標性狀變異的解釋度(R2),當使用系統發育相關模型或混合模型時,協變量的存在和因子間不獨立等情況,推算協變量和相關變量的相對貢獻就會面臨挑戰。這種情況直接阻礙了對諸如“目標性狀的變異在多大程度上受系統發育關系影響”等問題的解答。 

  版納物園王剛研究員與安徽大學資源與環境工程學院王博教授等國內外研究人員合作,引入一種新模型計算方法解析了影響植物果實類型空間變異的各主要因素的相對貢獻。該方法通過比較全模型與去除某解釋變量的子模型對目標性狀變異解釋度的差異,可以推測該解釋變量對目標性狀變異的相對貢獻度(偏決定系數 partial R2),為解決此類問題提供了新的分析視角。  

  研究以中國云南省境內分屬熱帶、亞熱帶和溫帶地區3個生物多樣性熱點地區的9370種種子植物的果實類型(肉質vs.干果)為研究對象,首次系統比較了氣候因子(以分布地區替代)、生活型(木本vs.草本)和系統發育歷史對解釋果實類型空間變異的相對貢獻。研究發現:當前研究中普遍認為的對解釋果實類型變異的兩個重要因素——氣候因子和生活型,僅僅解釋了果實類型變異的1.7%0.3%;相比之下,系統發育保守性解釋了果實類型變異的79.5%。進一步分析表明,系統發育保守性對果實類型變異的影響貫穿整個系統發育歷史,且其影響強度在進化過程中呈持續線性增加趨勢。同時本文還對當前研究中高估生活型和氣候因子貢獻度的原因進行分析和解釋。本研究以果實類型的空間變異為例,展示了該方法(Partial R2推算)在估算包含系統發育在內的多個影響因子對解釋目標性狀變異的相對貢獻研究方面的強大功效,為其它功能性狀變異的影響因素研究提供了很好的范式。  

  相關研究結果以Phylogenetic conservatism explains why plants are more likely to produce fleshy fruits in the tropics為題在線發表于生態學經典期刊Ecology版納植物園的王剛研究員為該文第一作者,安徽大學資源與環境工程學院的王博教授為論文通訊作者。美國威斯康辛大學麥迪遜分校的Anthony R. Ives教授,版納植物園的朱華研究員、譚運洪研究員和楊潔研究員,以及英國邱園的陳思翀研究員共同參與了該工作,并作出重要貢獻。該項研究得到國家自然科學基金和中國科學院青年創新促進會支持。 

云南9370種植物果實類型分布及相關影響因素分析。果實類型在氣候區(a)、生活型(b)和系統樹(c)上分布情況。三種因素對解釋果實性狀空間分布變異的相對貢獻(d),及其各自受系統發育影響

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