雄全植物性配置表型可塑性的进化生态学研究
批准号:
31270279
项目类别:
面上项目
资助金额:
81.0 万元
负责人:
戴璨
依托单位:
学科分类:
C0202.植物系统发生与进化
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴明煜、杜智渊、顾舒平、王琴、陈力
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中文摘要
表型可塑性是生物体应对环境变化而相应改变表型的一种现象,被广泛认为是生物体适应环境压力的一种机制,从而影响其在环境波动下的表现,生态位的宽度和进化的方向。目前我们对表型可塑性的了解还十分有限,特别体现在表型可塑性的适应意义,跨代表现形式和进化规律。雄全植物的雌雄性配置在表现上灵活多样,也经常受环境因子影响,为研究表型可塑性提供了很好的素材。本项目拟选取西番莲作为实验材料,对两性花和雄花的比例和配子投入在不同光照强度、啃食昆虫密度和传粉水平下的变化,雌性和雄性功能的适合度,以及不同环境下产生的子一代植物的生长和两种花型进行测量统计,以期阐明性配置在生物和非生物因子影响下的变化, 亲子代性配置的相关性和适应性。本研究的意义在于揭示雄全植物性配置的表型可塑性规律,认识性配置可塑性的遗传,探索植物在不同环境压力下性配置的进化轨迹,并为性表达的机制和植物繁育系统进化提供线索。
英文摘要
Phenotypic plasticity is a phenomenon that an organism changes its phenotype with the environmental variations. It is thought to be a mechanism for organisms to adapt with environmental stress, therefore influencing the fitness performance under environmental fluctuations, species' ecological breadth and evolutionary trajectories. Despite its significances, we still have limited understanding on phenotypic plasticity. Questions like whether phenotypic plasticity is adaptive, cross-generational or evolvable are still under debate or lack experimental supports. The male and female sex allocation in andromonoecious plants is very flexible, and typically environmental-specific, making it an excellent trait to study phenotypic plasticity. The project plans to use Passiflora incarnata to study the change in the male and hermaphroditic flower ratios, gamete numbers, and female and male fitness under varied light availability, herbivore densities, and pollination levels. The research will also investigate the performances and sex allocation of F1 seeds, offspring of the plants that are put in different ecological settings. This study will elucidate how sex allocation changes with biological and environmental factors, whether it is an adaptive response and the form of cross-generational plasticity. This research helps uncover the pattern of sex allocation plasticity, understand the inheritance of phenotypic plasticity, explore the evolutionary directions of sex allocation under different environmental stress and therefore shed light on the mechanisms of sex expression and plant breeding system evolution.
表型可塑性被广泛认为是生物体适应环境压力的一种机制,从而影响其在环境波动下的表现,生态位的宽度和进化的方向。雌雄异花同株植物(monoecy)的雌雄花性配置在表现上灵活多样,也常常受生物或非生物因子的影响,其表型可塑性是否导致更高的繁殖适合度,且跨代的表现形式如何,是植物进化生态学领域有待回答的关键问题。本项目以雌雄异花同株植物野慈姑(Sagitarria trifolia Linn.)为研究材料,通过株芽克隆同一基因型的植株并均匀的置入三类环境控制的同质园中(改变光照或传粉服务),并对植株的开花性配置和结实进行记录。同时以上述植株的子一代和子二代作为研究对象,探究其在与亲本相同或不同的环境下的性配置和繁殖表现,以期揭示跨代表型可塑性的格局和适应性意义。结果如下:(1)揭示了光照因子的增强和传粉者的减少使野慈姑植株对两性投入(雄花数量和雌花数量)同时增大,且强光环境会使植株产生偏向雄性的繁殖投入;(2)在传粉受限的环境中,由于座果率和单果种子量显著下降,植株在繁殖投入上增大了雌花的数量,从而使得其果实数量和总繁殖产出达到了与自然传粉相当的水平;在光照增强的环境中,由于资源总体水平的提升,植株在两个性别的开花投入均有升高,也获得了更多的果实和总繁殖产出;即在生物和非生物的环境压力下,野慈姑性配置的表型可塑性均导致植株获得更高的适合度;(3)无性繁殖的子一代和子二代植株在性配置的表型可塑性方面与亲本相同,环境压力导致的开花和结实的变化方向一致;相对于经历与亲本不同的环境压力的子代而言,与亲本相同环境的子一代和子二代植株在性配置方面的变化幅度更大,繁殖表现也更出色,即野慈姑在相当短的无性繁殖周期中出现了适应性进化。本项目的研究结果揭示了两性植物在性配置的表型可塑性方面的表现式样、适应性、跨代可塑性格局及其导致的适应性进化,为后续全面深入揭示表型可塑性在物种的自然选择和进化进程中的机制(特别是无性繁殖)和重要意义提供了第一手的实验验证。
期刊论文列表
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专利列表
DOI:10.1093/aob/mcv189
发表时间:2016-03-01
期刊:ANNALS OF BOTANY
影响因子:4.2
作者:Dai, Can;Liang, Xijian;Galloway, Laura F.
通讯作者:Galloway, Laura F.
DOI:--
发表时间:2015
期刊:植物科学学报
影响因子:--
作者:李婷;覃道凤;戴璨
通讯作者:戴璨
DOI:--
发表时间:2015
期刊:应用生态学报
影响因子:--
作者:覃道凤;李婷;戴璨
通讯作者:戴璨
DOI:--
发表时间:2015
期刊:植物科学学报
影响因子:--
作者:戴璨;覃道凤;罗文杰
通讯作者:罗文杰
DOI:--
发表时间:2016
期刊:生态环境学报
影响因子:--
作者:谢翠容;汤林彬;刘茗枫;戴璨
通讯作者:戴璨
植物的雄性繁殖适合度:不同传粉强度下的交配格局与自然选择分析
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2021
- 负责人:戴璨
- 依托单位:
多年生植物年度结实的资源获取、投放和分配策略
- 批准号:31670232
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:戴璨
- 依托单位:
国内基金
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