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全球气候变化对沙漠先锋种分布格局和动态历史的影响

  地层学数据分析与研究能够揭示出亚洲内陆沙漠化-逆转过程与冰期-间冰期存在显著耦合关系,但该项研究尚缺乏大尺度植被和分子数据支持。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃省寒区旱区逆境生理生态重点实验室马小飞团队从植物分子谱系地理角度,首次揭示了全球气候变化对沙漠生态系统建立过程中的先锋植物——沙米(Agriophyllum squarrosum,学名沙蓬的种群定植、遗传分化、种群动态及其分布式样的深远影响。

  马小飞团队基于广泛分布于我国北方干旱半干旱区流动沙丘的一年生先锋植物沙米的现存分布区的全面调查,采集了包括塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、库姆塔格沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、柴达木盆地、雅江河谷、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地、库布齐沙地、科尔沁沙地和浑善达克沙地等典型沙化土地区域的46个群体共188个沙米样本(图1),利用5个母系遗传的叶绿体基因(cpDNA)和一个双亲遗传的核糖体内部转录间隔区片段(nrITS)的序列变异式样,构建了沙米的谱系结构(图1),并成功模拟了其群体动态历史(图2)和不同时期的分布区变化(图3)。

  研究结果表明:沙米大约在1.6Ma起源于古尔班通古特沙漠,随后在几次冰期期间,随着亚洲内部干旱化加剧,沙米通过3次大的定植过程扩散至其他沙漠及沙地,形成现在的分布格局。与其他区域的种群相比,处于季风区的沙米有效群体的快速增长,印证了季风气候能显著驱动荒漠植物快速进化。分子谱系还揭示了青藏高原(QTP)的沙漠化可能始于1.1Ma左右,早于先前的风尘记录。在全球变暖背景下,沙米的潜在分布区将向高亚洲(High Asia)区域扩张,青藏高原也存在沙漠化的巨大风险。

  该项研究通过对草原生态系统与沙漠生态系统转化过程中的典型先锋植物的分子谱系调查,不仅为理解沙漠生态系统对季风气候的响应提供了新的分子数据支持和解析角度,还为选育应对全球气候变暖的未来作物——沙米提供了生态适应性潜力和种质资源评估。

  该研究项目受到中国科学院百人计划项目及国家自然科学基金项目资助。研究成果发表于Nature出版集团Scientific Reports
转自:中国科学院

 

图1 沙米群体采样位置、nrITS(a)cpDNA(b)单倍型分布及拓扑结构 

 

图2 nrITS(a)cpDNA(b)有效群体大小动态历史变化 

 

图3 沙米分布区模拟 

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