论文部分内容阅读
物种的地理分布格局作为物种重要的空间特征，对研究物种起源、进化和保护均有重要的意义。亚洲中部荒漠区的13个植物特有或近特有属(连蕊芥属、合头藜属、戈壁藜属、河西菊属、沙冬青属、四合木属、绵刺属、钝基草属、革苞菊属、百花蒿属、喀什菊属、霸王属和紊蒿属，表1.1)都是单种或双种属。这些属的已知分布记录范围(8-109)代表了荒漠区大多数荒漠植物所能获得的分布记录个数，而且它们具有明显不同的地理分布特点。十三个特有属的地理分布区和潜在分布资料缺乏。本文选择三种预测原理和能力不同的物种分布模型：最大熵(Maxent)、预测规则集算法(GARP)和Domain模拟了13个属的潜在地理分布格局。研究结果比较了三种模型不同的预测特点和能力；模拟了每一个分类群所有的适生区和潜在地理分布界限；揭示了13个特有属的地理分布格局；解释了地理分布和环境因子之间的关系。在此基础上，提出了保护十三个特有属的合理策略。 裸果木是第三纪孑遗稀有植物，分布区主要局限在西北荒漠区。本文利用Maxent和GARP模型模拟并分析了裸果木的潜在分布格局。青藏高原隆升显著影响了中国西部及边缘地区的陆地生态系统，中亚气候经历了若干次强烈的干旱化，这对裸果木的地理分布和谱系地理结构造成了怎样的影响，为了回答这些问题，选择了两个叶绿体DNA序列psbA-trnH和ycf6-psbM，从居群、个体到分子的层次对裸果木进行了谱系地理学研究。研究结果揭示了裸果木群体的遗传多样性水平；探讨了影响居群遗传结构的可能因素；分析了居群的动态历史和谱系地理结构；并推测了在第四纪西北气候急剧干旱化背景下，影响裸果木进化历史的主要事件。在此基础上，提出了保护和长期管理裸果木居群的具体策略和措施。以上三个方面的主要研究结果如下： 1.三种模型方法不同的模拟特点和能力 对已知分布数据大于25的类群，AUC评价表明Maxent和Domain的预测准确性相似，都明显高于GARP。模型可视化的预测结果表明Domain模拟的最适合物种分布的分布区，主要围绕用于预测的已知分布点分布。GARP对模拟的特有属产生了大且连续的适生区，及一些不现实的破碎的潜在分布。而Maxent模型不仅在研究区域内为每一个测试的类群预测到了一定的适生区，而且排除了大多数不合理的空间预测。 对分布记录小于25的类群，留一法评价结果发现Maxent基于8个已知分布点就产生了准确率较高的预测；GARP获得的预测成功率和预测到的面积比例和Maxent相似；但Domain模型基于有限的分布数据没有产生合理的预测。 2.特有属的地理分布格局 特有属的丰富度和叠加的潜在分布都表明东阿拉善是它们的地理分布中心。丰富度分析表明，所有特有属的地理分布，一是主要围绕内蒙古阿拉善高原东部呈同心圆分布，二是集中分布在塔里木盆地的西北部和北部。叠加的潜在分布揭示的格局与丰富度的估计结果基本一致，但阿拉善高原西北部即中央戈壁的环境条件，被基于生态位原理的模型表明不适合这些特有属生态位的建立或是适生性较低。 3.裸果木的潜在地理分布研究 利用Maxent和GARP模拟了裸果木的潜在地理分布，主要得到两方面结论：(1)裸果木的潜在适生区全部集中在西北荒漠区，其中最佳适生区集中在三个区域，一是河西走廊中部和玉门以西、宁夏北部及内蒙古乌拉特后旗；二是塔里木盆地西北缘；三是柴达木盆地西北缘两片极小的高度适生区。裸果木的生态位被确定在一个较广的干旱环境空间：适生区极端最高气温基本上在29.2-36.8℃之间，极端最低气温在-18.3至-13.4℃之间；年平均降水量为40-200mm；潜在蒸发率在3-15之间。(2)Maxent和GARP模型都较好地预测了裸果木的潜在分布，但Maxent的预测结果更直观地展示了裸果木的潜在分布格局和生态位要求。 4.裸果木的谱系地理学研究 两序列拼接后共得到25个单倍型，其中有14个来自于塔里木盆地西北缘的居群。裸果木被发现存在较高的总的居群遗传多样性和平均居群内遗传多样性(hT=0.849；hS=0.350)。居群分化指数NST(0.791)显著高于GST(0.588)(P<0.01)，表明裸果木居群存在显著的谱系地理结构。所有单倍型中，五个为共享单倍型，其中有两个最广布的单倍型：一个主要分布在甘肃省玉门以西、哈密盆地和内蒙古乌拉特后旗的居群，另一个则分布在新疆塔里木盆地的居群；剩余的20个为各自居群特有的单倍型。 叶绿体单倍型的嵌套分支结构表明存在三个谱系地理支。估计裸果木单倍型谱系支之间的分化开始的时间大概在2.5-0.83Ma(早更新世)，刚好落入了西北地区干旱化加剧的时间段。因此，认为气候导致的生境破碎化可能主要影响了裸果木当前的谱系地理结构。此外，Mantel检测和错配分布的结果也支持谱系推断，表明有些裸果木居群可能还发生了受限制的基因流，距离隔离效应和邻近范围内的居群扩张。根据以上研究结果，对裸果木提出了合理的保护策略。