全球种子休眠生物地理格局及进化适应

　　

　　种子休眠是植物生活史的重要阶段，对于提高种子植物生存和适应能力有重要作用，研究人员对于种子休眠的生态和进化意义进行了长期的探索。然而，目前关于种子休眠的全球生物地理格局、古环境的影响、休眠转变的进化作用以及不同生活型适应策略差异等方面的研究还不充分。 

　　版纳植物园森林生态系统、结构与动态研究组经过长期的数据积累，汇总了全球12743种种子植物的分布记录、休眠数据，并构建了系统发育树，着重探究下列科学问题：（1）种子休眠的全球生物地理格局及其古今气候驱动力如何？（2）种子休眠状态的转变有何进化规律？（3）木本和草本植物的生态和进化适应策略有何差异？ 

　　生物地理格局揭示所有物种和木本植物中，低休眠比例主要集中在赤道附近的热带雨林地区（包括马来群岛、亚马逊盆地和刚果盆地）和部分北极地区（包括俄远东地区和加拿大北部）。高休眠比例广泛存在于热带的季风森林、沙漠、山地、稀树草原等地区；亚热带的沙漠、草原、山地、干燥或潮湿森林地区；及横跨北非、东亚、北美、非洲南部、南美和澳大利亚的温带沙漠、草原、山地、大陆或海洋森林地区。草本植物在全球大部分地区表现出更高比例的休眠，但是北极地区休眠比例较低。季节性和不可预测环境对于休眠格局有着重要作用，这种影响在木本和草本植物中是一致的；但是降水和温度分别是木本植物和草本植物的重要驱动力。研究还发现，第四纪冰期对于种子休眠格局影响很小，这个结果跟以往的关于冰期极大塑造生物多样性格局的结论不同，推测在长期进化适应过程中，种子植物已经具备抵御波动环境的能力。根据新生代以来的种子休眠状态的转变，结果表明休眠种是种子植物进化过程中的主导状态；但是，非休眠种的比例从新生代至今正在逐渐增加，表明非休眠并不是进化的终点。此外，研究证实在进化历史上，古气候波动导致的休眠和非休眠的交替转换是种子植物繁盛的关键，有利于其拓展新环境并壮大种群。总的说来，木本植物和草本植物的休眠策略在生态适应和进化规律上有着显著的差异。 

　　本研究结果从宏观适应及时空进化的角度补充了目前关于种子休眠的知识，很好地阐述了种子休眠状态的适应策略和进化规律，上述结果也促使进一步思考全球变化引起的极端气候事件（如持续干旱和更强的季节性）将如何影响当地植物群落的特征。 

　　该研究以Seed dormancy in space and time: global distribution, paleo- and present climatic drivers and evolutionary adaptations为题发表在国际植物学期刊New Phytologist上。森林生态系统结构、功能与动态研究组张亚洲博士后、刘源博士和孙露博士后为第一作者，杨洁研究员为通讯作者，曹敏研究员，美国肯塔基大学的Carol Baskin和Jerry Baskin教授参与本研究。 

　　该研究在数据采集过程中得到中科院战略先导专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会的支持。 

　　种子休眠全球生物地理格局。（a）所有物种格局；（b）木本植物格局；（c）草本植物格局。 

　　 

　　 休眠和非休眠比例及相互转变速率。（a-c）新生代以来休眠和非休眠的比例；（d-e）新生代以来休眠和非休眠相互转变速率。