西北研究院研究发现降水变化是沙蓬自然群体种子大小表型变异的
关键驱动力
发表日期:2022-08-11来源：
放大缩小
先锋植物沙蓬广泛分布在亚洲中部和我国北方干旱、半干旱地区的流动沙丘上，是一种未来作物。沙蓬自然群体间种子大小存在较为丰富的变异，剖析种子大小变异和环境因素之间的关联性，明确关键环境因子对表型变异的解释率，可促进沙蓬的自然选育和遗传驯化。
本研究选取来自中国和哈萨克斯坦的沙蓬自然群体68个，包含871个个体，地理覆盖范围为29.24-49.48°N，59.88-122.84°E，海拔变化范围为69-4029 m，基本涵盖了沙蓬自然分布区。沙蓬自然群体平均种子粒径为1.87 mm，千粒重为1.18 g。利用8个关键长期气候因子和海拔数据聚类分析，可以将68个自然群体分为7个组，较好地匹配了我国主要沙漠沙地从西到东的分布格局，多元线性和混合线性回归分析发现沙蓬自然群体种子大小呈现沿着经度（自西向东）的变异模式。
研究利用PCA、spearman correlation等筛选长期气候因子、土壤属性参数和采集当年气象因子之间的共线性，确定了19个较为独立的因子，利用多元线性回归和方差分解分析三类因子对种子大小变异的解释度以及关键驱动因子。最佳模型结果表明三类因子可以分别解释57%和53%的群体种子粒径和千粒重总变异。其中长期气候因子是主要驱动因子，贡献了57.2%（粒径）和91.5%（千粒重）的解释率。年平均降水和采集当年最小降雨量极显著地影响种子粒径和千粒重的变异，说明降水是沙蓬自然群体种子大小经度梯度变异式样的主要驱动力。
科研人员分别选取96个种子粒径最大和最小的两组独立植株，在兰州开展同质园栽培实验。种子较大的单株（N_L）主要来自半干旱区的东部沙地，种子较小（N_S）的主要来自干旱和极端干旱区的沙漠。结果表明，N_L株系在同质园收获的种子受环境影响较大，表现出较强的表型可塑性。因此，基于自然群体的沙蓬选育应该优先考虑来自东部沙地种子较大的植株，其出苗率、幼苗活力，开花时间以及收获指数等综合农艺性状优于其它群体。
以上研究以 Precipitation and local environment shape the geographic variation of seed size across natural populations of sand rice (Agriophyllum squarrosum) 为题在植物科学领域TOP期刊 Journal of Experimental Botany 上发表，中国科学院西北生态环境资源研究院（简称西北研究院）“沙丘植物生理生态与遗传驯化”课题组赵鹏善研究员为论文第一作者，赵鹏善、陈国雄研究员为通讯作者。
该研究获国家自然基金项目（31870381和31970352）、中国科学院青年创新促进会（2018463）和甘肃省杰出青年基金项目（20JR5RA547）共同资助。特别致谢“科创计划”资助本科生来课题组开展科研实习。
图1 沙蓬自然群体采集地信息和种子形态
图2 沙蓬自然群体种子粒径的环境决定因素分析
图3 沙蓬自然群体种子千粒重的环境决定因素分析
图4 沙蓬种子粒径表型可塑性分析
附件
扫一扫在手机浏览
