發(fā)布時(shí)間：2017-11-22 06:21

  本文關(guān)鍵詞：從種群遺傳和群落組成的空間結(jié)構(gòu)研究群落維持機(jī)制

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【摘要】：闡明植物群落構(gòu)建機(jī)制是了解生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的前提,亦是生態(tài)修復(fù)的基石,因此對(duì)于群落生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)以及保護(hù)生態(tài)學(xué)都具有重要的意義。大量研究表明環(huán)境過(guò)濾和負(fù)密度制約是決定群落構(gòu)建極為關(guān)鍵的兩類生態(tài)過(guò)程,但兩者很少被同時(shí)考慮。而且,木本植物往往擁有較長(zhǎng)壽命使得動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)極為困難,導(dǎo)致人們對(duì)環(huán)境過(guò)濾和負(fù)密度制約在整個(gè)生活史尤其是發(fā)育后期階段的貢獻(xiàn)的理解仍顯匱乏。作為多種生態(tài)過(guò)程綜合作用的產(chǎn)物,空間結(jié)構(gòu)能夠?yàn)榱私馊郝錁?gòu)建過(guò)程的長(zhǎng)期效應(yīng)提供視角。在本文中,我們通過(guò)剖析種群和群落兩個(gè)水平、微觀和宏觀兩個(gè)層次的空間結(jié)構(gòu)以探討環(huán)境過(guò)濾和負(fù)密度制約在植物不同發(fā)育階段對(duì)群落構(gòu)建的相對(duì)重要性。在種群水平,我們基于有效基因擴(kuò)散和種群空間遺傳結(jié)構(gòu)(SGS)提出適用于任何穩(wěn)定種群的概念框架。根據(jù)該框架,通過(guò)某一發(fā)育階段的有效基因擴(kuò)散曲線可以還原出該階段的個(gè)體實(shí)際呈現(xiàn)的SGS,因此兩個(gè)年齡級(jí)個(gè)體的SGS差異反映有效基因擴(kuò)散曲線的差異,而后者則是這兩個(gè)年齡級(jí)中間的發(fā)育過(guò)程中的生態(tài)作用的產(chǎn)物。我們將此概念框架應(yīng)用至上海大金山島的青岡種群中。通過(guò)對(duì)該島全部共202個(gè)青岡成體和隨機(jī)采集的416個(gè)青岡幼苗定位并進(jìn)行親本分析,我們得到幼苗階段的有效基因擴(kuò)散曲線,并求出平均有效基因擴(kuò)散距離為131.0 m。根據(jù)幼苗呈現(xiàn)的SGS間接估算的平均有效基因擴(kuò)散距離為129.7 m。而且,利用有效基因擴(kuò)散曲線進(jìn)行空間明晰模擬得到的幼苗SGS與實(shí)際格局一致。在此基礎(chǔ)上,我們分別模擬環(huán)境過(guò)濾、負(fù)密度制約或者中性過(guò)程作用于幼苗的后期存活時(shí)成體將呈現(xiàn)的SGS。結(jié)果顯示,在負(fù)密度制約或中性過(guò)程作用下模擬的成體SGS與實(shí)際成體SGS均存在顯著差異,而當(dāng)一定強(qiáng)度的環(huán)境過(guò)濾起作用時(shí),模擬的成體SGS與實(shí)際格局相一致。這些結(jié)果表明,環(huán)境過(guò)濾而非負(fù)密度制約主導(dǎo)該種群幼苗發(fā)育至成體過(guò)程中的更新。種群的研究結(jié)果不能簡(jiǎn)單推廣至群落水平。為進(jìn)一步了解環(huán)境過(guò)濾和負(fù)密度制約在植物不同發(fā)育階段的群落效應(yīng),我們檢驗(yàn)巴拿馬BCI熱帶雨林和中國(guó)浙江天童(TT)亞熱帶常綠闊葉林的最近鄰體對(duì)格局。在BCI和TT群落,1cm≤DBH10cm的個(gè)體間形成同種最近鄰體對(duì)的比例均高于1cm≤ DBH≤10 cm的個(gè)體與DBH≥10 cm的個(gè)體形成的同種最近鄰體對(duì)比例,表明在植物發(fā)育早期階段,負(fù)密度制約是介導(dǎo)這兩個(gè)群落個(gè)體存活的主要生態(tài)過(guò)程。而且,單個(gè)物種承受的負(fù)密度制約強(qiáng)度與物種多度呈顯著負(fù)相關(guān),表明群落代償趨勢(shì)不是負(fù)密度制約維持局域群落物種多樣性的作用機(jī)理,同時(shí)暗涵負(fù)密度制約是塑造群落物種多度分布的重要因素。此外,DBH≥10cm的個(gè)體間形成同種最近鄰體對(duì)的比例高于1cm≤ DBH≤10 cm的個(gè)體形成的同種最近鄰體對(duì)比例,表明環(huán)境過(guò)濾主導(dǎo)植物發(fā)育后期階段。鑒于近緣物種更可能具有相似的生態(tài)位,即生態(tài)位進(jìn)化保守,負(fù)密度制約和環(huán)境過(guò)濾都不僅表現(xiàn)在物種層次,而且可以作用于群落譜系結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)天童常綠闊葉林共152個(gè)木本植物物種的DNA條形碼(rbcL+matK)測(cè)序以及構(gòu)建群落系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),我們計(jì)算物種兩兩間遺傳距離,并分析最近鄰體對(duì)的譜系結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示,1cm≤DBH≤10 cm的個(gè)體間形成的最近鄰體對(duì)具有比隨機(jī)情況更大的遺傳距離,而DBH≥10 cm的個(gè)體間形成的最近鄰體對(duì)的遺傳距離與隨機(jī)情況沒(méi)有顯著差異。這表明負(fù)密度制約和環(huán)境過(guò)濾分別在植物發(fā)育早期和后期階段形成譜系排斥和譜系吸引,而且兩者相互抵消從而形成成體的“中性”譜系結(jié)構(gòu)。綜上研究,我們?cè)诜N群和群落水平、物種和譜系層次驗(yàn)證了負(fù)密度制約和環(huán)境過(guò)濾對(duì)群落構(gòu)建的貢獻(xiàn),并且指出兩者主導(dǎo)的生活史階段有所不同。理解這些時(shí)間尺度差異是生態(tài)和生物學(xué)家探究群落如何構(gòu)建以及局域多樣性如何維持的路途中不可或缺的一步。而且,本文對(duì)種群空間遺傳結(jié)構(gòu)的模擬,以及對(duì)群落構(gòu)建機(jī)制的探討,不僅僅是學(xué)術(shù)問(wèn)題——尤其在全球氣候變化或者生境片斷化等干擾的大環(huán)境下——對(duì)生物保護(hù)等實(shí)際應(yīng)用也有指導(dǎo)意義。此外,我們嘗試在群落生態(tài)學(xué)和種群遺傳學(xué)或系統(tǒng)發(fā)生學(xué)之間架起橋梁,以期提供新視角從而加深人們對(duì)生態(tài)學(xué)的理解,并希冀未來(lái)對(duì)生態(tài)學(xué)多領(lǐng)域的融合能夠碰撞出新的火花。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q948.1
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本文編號(hào)：1213777