根深决定不同个体大小梭梭对夏季干旱生理响应的差异

理解干旱与树木个体发育阶段或大小之间的相互作用关系是一个重要的优先研究方向,因为依赖于个体大小的特定死亡率分布格局对生态系统的结构和功能将产生重要的影响。以广泛分布于古尔班通古特沙漠南缘的主要建群种梭梭（Haloxylon ammodendron）为研究对象,通过测定越夏生长期间不同个体大小梭梭黎明前同化枝水势（Ψ_pd）、压力-容积（P-V）曲线、最大气孔导度（G_s）、叶绿素荧光（F_v/F_m）,调查不同个体大小梭梭根系分布特征和根深,将越夏生长期间土壤水分状况、植物生理性状与根深相结合,分析不同大小梭梭对干旱胁迫的响应差异。结果表明：（1）夏季干旱胁迫显著降低了梭梭幼苗生理性状的特征值：同成年植株相比,梭梭幼苗黎明前同化枝水势（Ψ_pd）、PSⅡ反应中心最大光化学效率（F_v/F_m）、饱和膨压渗透势（π₁₀₀）、膨压消失点渗透势（Ψ_TLP）显著降低;（2）梭梭生理性状与根深之间存在线性关系,根深决定不同大小梭梭的水分状况（Ψ_pd）进而主导了越夏生长期间的其他生理性状表达（F_v/F_m、π₁₀₀、Ψ_TLP）;（3）不同大小的梭梭对干旱胁迫的响应差异是植物根系分布特征和生境相互作用的结果,根深在梭梭应对夏季干旱胁迫中起重要作用。总之,梭梭幼苗根系发育不完全（浅根系）,只能利用降水带来的有限的浅层土壤水,对干旱胁迫响应敏感;而成年梭梭植株能最大限度的利用深层土壤水分,减少表层土壤干旱对其产生的不利影响。     

不同城市化梯度下木荷(Schima superba)功能性状差异

城市化过程会引起周边环境要素的改变,而这种变化是否会对植物功能性状产生影响目前尚不清楚。选择我国亚热带常绿阔叶林优势树种木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）为研究对象,分别在杭州市中心（HZ）、郊区（FY）及偏远地区（JD）3个位置采集阴生和阳生枝条样品进行植物枝条功能性状测定,并对各功能性状在3个区域间的差异性以及阴生阳生枝条功能性状间的差异性进行双因素方差分析（Two-way ANOVA）和多重比较（Tukey法）,对所有区域的功能性状与环境气象因子进行相关分析。结果表明,从JD到HZ,阳生枝条水力结构性状枝条密度（ρ）,叶片比叶面积（SLA）及叶枝比（A_L∶A_S）逐渐降低,而边材导水率（K_S）则逐渐增加。而阴生枝条除了A_L∶A_S不受影响以外,其他水力结构性状也存在相同的变化趋势。在叶片气体交换能力上,阳生枝条叶片最大净光合速率（A_n）,蒸腾速率（E_l）以及气孔导度（g_s）均从JD到HZ逐渐增加,其中HZ的阳生枝条E_l是JD的2.8倍,而水分利用效率（WUE）以及¹³C同位素丰度（δ¹³C）则逐渐降低。阴生枝条除了A_n不存在显著差异以外（P > 0.05）,其他与阳生枝条也具有相同的变化趋势。此外,阳生和阴生枝条的对比结果表明,除了WUE和δ¹³C,两者的各功能性状均存在显著差异,并且阳生枝条对于城市化的环境效应的敏感性更高。植物水力结构性状和叶片气体交换功能性状之间存在显著相关性（P<0.05）,尤其是K_S与叶片气体交换能力（A_n,E_l）。而3个区域温度（T_a）和水汽压亏缺（VPD）的变化对植物水力结构性状的影响较大。这些结果表明,城市化会导致植物的生存策略向高气体交换能力-低水力安全阈值转变。     

氮沉降背景下土壤微生物对入侵植物乌桕叶绿素荧光特征的影响

植物入侵会造成入侵地生态系统功能和稳定性的破坏。与原产地种源相比,入侵种源植物在生理学特性方面有所不同,使其在资源利用和抵抗环境胁迫具有较强的竞争优势。叶绿素荧光特性与植物光合作用效率密切相关,对植物生长具有重要作用。氮沉降加剧是全球变化的一个重要因子,土壤微生物对植物吸收利用土壤养分至关重要。通过施用细菌抑制剂（链霉素）和真菌抑制剂（扑海因）选择性抑制的土壤微生物活性,开展乌桕盆栽实验,在模拟氮沉降背景下,研究不同微生物群落如何影响入侵乌桕叶绿素荧光特性,有助于理解入侵植物的进化特征和入侵机制,为有效防控入侵植物并降低其对生态系统危害提供理论依据。以原产地地和入侵地两个种源乌桕（Triadica sebifera）为研究对象,在氮沉降条件下,通过调控土壤细菌和真菌,探讨两个种源乌桕叶绿素荧光参数差异。结果显示：氮沉降显著增加乌桕相对叶绿素含量（SPAD）、光系统II的最大量子产率（F_v/F_m）、非光化学猝灭（NPQ）和半饱和光强（I_k）。入侵种源乌桕比原产地具有较低SPAD。氮沉降与细菌抑制剂共同作用显著增强了F_v/F_m、NPQ和I_k,显著减弱了光能利用率（α）和SPAD。细菌抑制剂减缓了本地种源乌桕α,真菌抑制剂促进本地种源乌桕I_k,抑制入侵种源乌桕I_k,细菌和真菌抑制剂可显著降低原产地乌桕α。氮沉降与生物抑制剂可显著作用于乌桕叶片SPAD。氮沉降、土壤微生物和不同乌桕种源可共同作用于光系统Ⅱ实际光合量子产率Y（Ⅱ）,α和潜在最大相对电子传递速率（ETR_max）。因此,氮沉降与生物抑制剂对乌桕叶绿素荧光特性具有协同作用,入侵种源乌桕对土壤微生物控制的响应不明显,在微生物控制条件下依然具有较强的适应能力,因而具有较强的入侵能力。     

油松幼苗水分传输效率及安全性对养分和水分添加的响应

探讨油松水分传输效率和安全性对养分和水分添加的响应是揭示其适应性的基础。该试验采用新改进的离心机技术,以2年生油松幼苗当年生枝为材料,试验设置对照（CK,不施肥、自然降水）、氮磷养分添加（F,按每年120 kg/hm²纯N和60 kg/hm²纯P水平添加N和P素,自然降水）及养分和水分同时添加（FI,按每年120 kg/ hm²纯N和60 kg/hm²纯P水平添加N素和P素,且补水100 mm）3个处理,研究了油松幼苗水分传输效率和栓塞脆弱性对氮磷养分和水分添加的响应。结果表明：（1）与CK相比,氮磷养分添加（F）增加了油松幼苗地径、冠幅和地上部生物量,但对比导水率（K_s）、比叶导水率（LSC）、Huber值、抵抗栓塞能力（P₅₀）及水分传输安全阈值均影响不大。（2）氮磷和水分同时添加处理（FI）的地径、株高、冠幅和地上部生物量显著高于CK和F处理,其K_s、LSC和Huber值与CK及F处理相比并无显著差异,但P₅₀比CK和F处理增加0.2 MPa左右,且水分传输安全阈值相对变小。研究表明,养分添加对油松幼苗当年生枝的水分传输效率和安全性影响不大,水分添加对水分传输效率亦无显著影响,但降低了水分传输的安全性,原因主要与管胞长度增加及管胞壁抗爆破阻力下降有关。     

干旱及复水条件下外源褪黑素对玉米叶片光合作用的影响

为探究干旱胁迫及复水后外源褪黑素对玉米叶片光合作用的影响和调控机制。以玉米陕单609盆栽苗为试验材料,叶面喷施褪黑素100 μmol/L在重度干旱和复水后分别测定了生物量、净光合速率（P_n）以及光合电子传递速率等指标。结果显示：外源褪黑激素可减轻干旱胁迫引起的生长抑制;外源褪黑激素处理的植株表现出比未处理植株更高的P_n、气孔导度（G_s）以及更低的胞间CO₂浓度（C_i）;外源褪黑素增加了干旱胁迫下OJIP曲线的荧光参数φ_P0、φ_E0、ψ₀以及光合性能指数PI_abs;外源褪黑素也提高了干旱胁迫下叶片PSⅡ和PSI有效量子产量[Y（Ⅱ）,Y（I）];也增加了干旱胁迫下叶片的PSⅡ和PSI电子传递速率（ETRⅡ,ETRI）,但降低了干旱胁迫下叶片PSI受体侧限制[Y（NA）]和供体侧限制[Y（ND）]。表明外源褪黑素对干旱胁迫下光抑制具有一定的缓解作用。复水后,干旱胁迫下褪黑素处理玉米叶片各参数都恢复到对照水平;而干旱胁迫处理玉米叶片各参数复水后不能完全恢复。可见,喷施褪黑素不仅缓解干旱胁迫对玉米PSⅡ和PSI结构和功能的损伤,而且能加速复水后光合机构功能的恢复,促进玉米植株恢复性生长。因此喷施褪黑素加强玉米叶片光合作用适应干旱环境是一种重要的调控方式。     

沙质草地植物功能性状对放牧、增水、氮添加及其耦合效应的响应机制

人类活动和气候变化对陆地生态系统结构和功能的影响日益明显。在中国半干旱草原区,植物功能性状对这些变化的响应机制仍不是很清楚。以科尔沁沙质草地植物群落功能性状（CWM_trait）、一年生和多年生植物平均功能性状为研究对象,开展非生长季放牧、增水、氮添加及其耦合效应的模拟控制试验,于2016年8月中旬在沙质草地开展了植物功能性状的调查及测定,主要包括植物高度、比叶面积（specific leaf area,SLA）、叶片干物质含量（leaf dry matter content,LDMC）、叶片氮含量（leaf nitrogen content,LNC）和叶片碳同位素（leaf carbon isotopes,δ¹³C）。结果表明：氮添加显著提高了CWM_height和CWM_LNC（P<0.05）,降低了CWM_LDMC（P<0.05）,同时放牧和增水的耦合效应对CWM_SLA具有显著影响（P<0.05）;放牧显著降低了一年生植物的平均高度（P<0.05）,氮添加显著提高了一年生植物的平均高度、LNC和δ¹³C （P<0.05）;氮添加显著提高了多年生植物的平均SLA、LNC和δ¹³C （P<0.05）,同时放牧和增水的耦合效应对多年生植物的平均SLA和LDMC具有显著影响（P<0.05）。主成分分析表明,放牧促进了植物群落和多年生植物SLA与LDMC、LNC和δ¹³C之间的负相关关系,增水促进了植物群落和多年生植物高度与SLA之间的正相关关系以及LDMC、LNC和δ¹³C之间的正相关关系,说明多年生植物在调控沙质草地植物群落响应外界干扰时具有较强的主导性作用。非生长季放牧、生长季禁牧有利于沙质草地的可持续发展和管理,增水能够减缓放牧压力对于草地植物的影响,氮添加有利于植物同化δ¹³C,并提高植物叶片的水分利用效率。     

毛乌素沙地油蒿叶性状对光能利用效率动态的影响

目前对于荒漠灌木光能利用效率（LUE）的季节变异及其调控因素,尤其是其生物调控因素的认识非常有限,导致了荒漠生态系统生产力模型的不确定性。拟验证假设：长期干旱环境下,典型荒漠灌木油蒿光能利用效率日均值（LUE_day）的动态变化与叶片性状的季节性调整有关。试验采用Li-6400便携式光合仪定期测量了油蒿生长季叶片LUE_day的季节动态及相关叶性状指标,探究叶性状对LUE_day的影响。结果表明：LUE_day的季节波动范围为0.003-0.017 mol/mol,整体变异系数（CV）为38.75%。完全展叶期LUE_day均值相比生长季平均值降低17.37%,相比展叶期和落叶期时降低30%;8个叶性状的季节变异幅度差异较大,其中总叶绿素含量（Chl）、类胡萝卜素含量（Car）和叶氮含量（LNC）均表现出较大的季节变异性（CV ≥ 20%）,叶碳含量（LCC）和叶片相对含水量（LRWC）的变异程度最低（CV<7%）。LRWC与所有叶片化学性状（Chl、Chl a/b、Car、LNC和LCC）均存在显著相关,表明其变化与叶片的养分吸收、光合色素合成以及碳同化的运输过程密切相关;油蒿LUE_day的相对变化与LRWC、Chl a/b和LNC显著正相关,而LRWC和LNC的季节动态受空气温度（T_a）和土壤含水量（VWC）的共同调节,Chl a/b的季节波动主要由浅层土壤含水量（10 cm VWC）控制。以上研究结果强调,在未来预计极端的气候事件（如极端干旱和持续热浪事件）发生更频繁的旱地场景中,时间尺度植物叶性状对于土壤干旱和高温的适应性调整应当被充分考虑到旱地生态系统的通量建模方案中。该结果将为构建叶片尺度的光合生理模型与厘清LUE的生物调控机制提供理论依据。     

氮沉降和刈割条件下羊草光响应模型比较及响应特性

草地覆盖全球陆地面积的40%左右,在全球碳循环中发挥着重要作用。近年来,人类活动,如化石燃料燃烧和畜牧业的发展显著增加了氮在全球环境中的沉积。草地管理方式（如刈割）在介导氮沉降对草地植物的影响方面具有重要作用。因此,筛选合适的模型对光响应过程进行拟合并计算相关参数对研究植物光合特性具有重要意义。依托6种氮添加（NH₄NO₃）梯度和两种草原管理方式（刈割和不刈割）交互处理的野外控制实验,利用Li-6400便携式光合作用系统测定上述实验平台的优势种羊草（Leymus chinensis）的光合作用-光响应过程。采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型4种光响应模型对羊草光响应曲线进行拟合,从参数拟合效果和模型拟合优度筛选氮添加和刈割条件下羊草的最佳拟合模型并分析羊草的光合特性。结果表明：指数模型对表观量子效率（α）、光饱和点（LSP）和最大净光合速率（P_nmax）具有较好的参数拟合效果,非直角双曲线模型的模型拟合优度最好。在所有处理中,羊草均未表现出明显的光抑制现象,具有一定的光合潜力和适应环境变化的能力。适度氮添加和刈割处理能提高羊草净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、P_nmax、α和LSP等,提升了羊草的光能利用率并拓宽了光强利用范围,但过度氮添加并不能进一步提高光合能力。综上,指数模型和非直角双曲线模型较适用于氮添加和刈割条件下羊草的光响应曲线拟合,施氮浓度为20 g N m^-2 a^-1并刈割是最有利于提高羊草光合能力的草原管理措施。探讨了不同氮添加浓度和刈割处理对优势种羊草的交互影响,从光合作用角度分析羊草的适应机制,将对未来全球氮沉降增加情况下的草地管理方案提供科学依据。     

岷江上游干旱河谷岷江柏的光合与水分生理特征干湿季对比研究

岷江柏（Cupressus chengiana）是干旱河谷地区的重要生态恢复物种,为探讨岷江柏对干旱河谷环境的适应策略,以生长于岷江上游干旱河谷自然生境中的岷江柏为研究对象,研究分析了其在湿季（7月）和干季（11月）的水分生理特征和光合生理特征。结果表明：（1）水分生理方面,相较于湿季,干季岷江柏的脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、过氧化物酶（POD）显著增加（P<0.05）,比叶重（LMA）、黎明水势（Ψ_pl）、正午水势（Ψ_ml）则显著下降（P<0.05）;（2）光合生理方面,相较于湿季,岷江柏在干季的气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、饱和光下最大净光合速率（P_nmax）、初始羧化效率（CE）、光合能力（A_max）、CO₂补偿点（Γ）、光呼吸速率（R_p）、最大羧化速率（V_cmax）、最大电子传递速率（J_max）、磷酸丙糖利用率（TPU）、J_max/V_cmax、光能捕获效率（F_v''/F_m''）、PSII实际光化学效率（Ф_PSII）、光化学猝灭系数（qP）、电子传递效率（ETR）均显著下降（P<0.05）,而暗呼吸速率（R_d）、水分利用效率（WUE）、非光化学猝灭系数（NPQ）则显著上升（P<0.05）。干季,岷江柏采取增加水分获取能力并降低水分散失的水分利用策略、增加光合产物消耗策略、增加热耗散的光合器官保护策略等,以适应干季干旱、低温等环境胁迫,进而表现出较强的环境适应性。     

热浪频次及间隔时间对闽楠和木荷苗木水力结构和非结构性碳水化合物的影响

近年来亚热带地区极端气候事件热浪发生频率增加,热浪频次及间隔时间的变化使热浪发生的模式及其对植物的胁迫方式更加多样化。高频热浪不仅通过热胁迫影响植物的碳固持速率,还会间接形成水分胁迫造成植物水力结构发生障碍,影响碳水化合物的运输。然而,目前亚热带树木水力结构和非结构性碳水化合物(NSC)对复杂热浪的模式的响应仍不明确。以亚热带主要阔叶树种闽楠(Phoebe bournei)和木荷(Schima superba)苗木为研究对象进行了热浪模拟试验,关注不同热浪频次(单次,两次)及重复热浪间隔时间(短间隔、中间隔、长间隔)对苗木茎部水力结构特征及NSC的影响,使用冲洗法测定水力结构中的导水率(K_h)、最大导水率(K_max)、比导率(K_s)、木质部栓塞百分数(PLC),使用蒽酮-硫酸比色法测定茎段非结构性碳水化合物含量。结果表明,(1)闽楠和木荷的水力结构和非结构性碳水化合物在树种间存在显著差异;(2)不同热浪频次对闽楠和木荷的K_max和PLC影响存在显著差异;(3)重复热浪间隔时间变长,木荷茎栓塞减轻,而闽楠茎栓塞增加,且植株栓塞越严重,茎NSC含量越少。总体上,闽楠的水力传输系统对热浪抗性较弱,在热浪后栓塞严重,导水率下降且无法完全恢复,且NSC含量与栓塞程度相关性较弱;而木荷水力传输系统抗性较强,在热浪后导水能力可能恢复至未受干扰水平,且其恢复程度与NSC含量紧密相关。该研究结果表明,高频热浪的发生会显著影响闽楠和木荷苗木茎部的导水能力,且不同间隔时间的重复热浪事件对植物水力结构的影响存在差异性,并且两个亚热带阔叶树种对热浪伴随的高温和水分胁迫的耐受性和耐受机制存在差异。     

阔叶红松林3种阔叶树种柄叶性状变异与相关性

叶包括叶片和叶柄,二者在结构和功能上密切相关,探究叶片性状和叶柄性状变异及性状间相关关系的影响因素对了解植物叶水平上的生物量分配策略具有重要意义。该研究以阔叶红松(Pinus koraiensis)林内3种主要阔叶树种白桦(Betula platyphylla)、紫椴(Tilia amurensis)、五角枫(Acer pictum subsp. mono)为研究对象,每个树种选取小树(胸径:1–6 cm)、中等树(胸径:15–20 cm)、大树(胸径:35–45 cm)各10株样树;另针对大树,考虑取样冠层位置对其结果的影响。通过测定叶片面积、叶片干质量、叶柄长和叶柄干质量,主要探讨树种、植株大小和冠层位置(大树)对叶片性状和叶柄性状变异及其性状间相关性的影响。结果显示:(1)树种和植株大小对4个性状均存在显著影响, 3个树种小树的叶柄长和叶柄干质量显著小于大树,紫椴和五角枫小树的叶片干质量也显著小于大树,而白桦和紫椴小树的叶片面积显著大于大树;对于大树,冠层位置对4个性状变异的影响因树种而异。(2)叶片性状和叶柄性状表现为显著的异速生长关系,且3个树种的回归斜率为紫椴>白桦&...     

冠层位置对5种阔叶树叶片解剖结构与氮含量的影响

不同树冠位置的叶片为了达到功能的最大化,形成了不同的结构与功能的特征。然而,在相同的环境条件下,不同树种之间叶片对环境的反应是否存在一致规律,我们仍然缺乏了解。本研究采用石蜡切片和化学分析方法,对东北林区5个常见阔叶树种（蒙古栎、白桦、水曲柳、胡桃楸和黄波罗）不同树冠位置叶片的形态（叶厚度）、解剖（气孔密度、保卫细胞长度、栅栏和海绵组织厚度）和氮（N）含量特征进行了研究。结果表明：叶片的特征在种间和种内不同树冠位置均存在明显差异,并存在较强的规律性。在种内,5个树种的叶片和栅栏组织厚度均是上层外部最大,而保卫细胞和海绵组织的变化不明显,N含量的变异与树种有关。叶片所处的树冠高度和暴露程度对叶片的结构与N含量变异有重要影响。树种之间,蒙古栎的气孔密度最大,叶片厚度和海绵组织厚度最小,保卫细胞最短,黄波罗恰恰相反。结果表明,为了更好地执行整个树冠的功能,不同树种叶片均出现了与冠层位置有关的结构特征适应。     

喀斯特乡土树种伊桐的种实性状及幼苗生长特征

研究了喀斯特乡土树种伊桐的果实性状、种子性状、播种萌发和幼苗生长等的基本特征。结果表明:伊桐果实单果鲜重63.20～149.50g,其长度和宽度则分别为55.59～86.60mm和38.59～51.80mm,单果出种量19.95～57.15g,出籽率31.57%～40.81%,单果种子数343～690粒,单粒种子均重0.0582～0.0857g,其出籽率、单果种子数和单粒种子均重与果实重量存在一定程度的正相关;伊桐种子的长、宽平均分别为(25.93±2.80)mm和(13.72±2.88)mm,完整种子平均风干重(0.0153±0.0033)g,脱翅种子平均重(0.0112±0.0024)g,种翅占整个种子的(26.56±4.53)%;伊桐种子播前采取不同处理方式的平均发芽天数、平均发芽指数和平均发芽率等存在一定或是比较明显的差异,浸种、脱翅或两者相结合的方式均能有效缩短种子发芽时间并明显提高种子发芽率;伊桐幼苗的株高和基径的月均生长量分别介于3.3～16.3cm和0.32～2.80mm之间,其中经浸种处理的前期生长较快,未经浸种处理的中期生长较快。     

Predicting rates of interspecific interaction from phylogenetic trees

Integrating phylogenetic information can potentially improve our ability to explain species' traits, patterns of community assembly, the network structure of communities, and ecosystem function. In this study, we use mathematical models to explore the ecological and evolutionary factors that modulate the explanatory power of phylogenetic information for communities of species that interact within a single trophic level. We find that phylogenetic relationships among species can influence trait evolution and rates of interaction among species, but only under particular models of species interaction. For example, when interactions within communities are mediated by a mechanism of phenotype matching, phylogenetic trees make specific predictions about trait evolution and rates of interaction. In contrast, if interactions within a community depend on a mechanism of phenotype differences, phylogenetic information has little, if any, predictive power for trait evolution and interaction rate. Together, these results make clear and testable predictions for when and how evolutionary history is expected to influence contemporary rates of species interaction.     

Orthonormal transform to decompose the variance of a life-history trait across a phylogenetic tree

In recent years, there has been an increased interest in studying the variability of a quantitative life-history trait across a set of species sharing a common phylogeny. However, such studies have suffered from an insufficient development of statistical methods aimed at decomposing the trait variance with respect to the topological structure of the tree. Here we propose a new and generic approach that expresses the topological properties of the phylogenetic tree via an orthonormal basis, which is further used to decompose the trait variance. Such a decomposition provides a structure function, referred to as an "orthogram," which is relevant to characterize in both graphical and statistical aspects the dependence of trait values on the topology of the tree ("phylogenetic dependence"). We also propose four complementary test statistics to be computed from orthogram values that help to diagnose both the intensity and the nature of phylogenetic dependence. The relevance of the method is illustrated by the analysis of three phylogenetic data sets, drawn from the literature and typifying contrasted levels and aspects of phylogenetic dependence. Freely available routines which have been programmed in the R framework are also proposed.     

Bayesian Inference of the Evolution of a Phenotype Distribution on a Phylogenetic Tree

The distribution of a phenotype on a phylogenetic tree is often a quantity of interest. Many phenotypes have imperfect heritability, so that a measurement of the phenotype for an individual can be thought of as a single realization from the phenotype distribution of that individual. If all individuals in a phylogeny had the same phenotype distribution, measured phenotypes would be randomly distributed on the tree leaves. This is, however, often not the case, implying that the phenotype distribution evolves over time. Here we propose a new model based on this principle of evolving phenotype distribution on the branches of a phylogeny, which is different from ancestral state reconstruction where the phenotype itself is assumed to evolve. We develop an efficient Bayesian inference method to estimate the parameters of our model and to test the evidence for changes in the phenotype distribution. We use multiple simulated data sets to show that our algorithm has good sensitivity and specificity properties. Since our method identifies branches on the tree on which the phenotype distribution has changed, it is able to break down a tree into components for which this distribution is unique and constant. We present two applications of our method, one investigating the association between HIV genetic variation and human leukocyte antigen and the other studying host range distribution in a lineage of Salmonella enterica, and we discuss many other potential applications.     

木本植物水力系统对干旱胁迫的响应机制

干旱导致树木死亡对生态系统功能和碳平衡有重大影响。植物水分运输系统失调是引发树木死亡的主要机制。然而, 树木对干旱胁迫响应的多维性和复杂性, 使人们对植物水分运输系统在极端干旱条件下的响应以及植物死亡机理的认识还不清楚。该文首先评述衡量植物抗旱性的指标, 着重介绍可以综合评价植物干旱抗性特征的新参数——气孔安全阈值(SSM)。SSM越高, 表明气孔和水力性状之间的协调性越强, 木质部栓塞的可能性越低, 水力策略越保守。然后, 阐述木本植物应对干旱胁迫的一般响应过程。之后, 分别综述植物不同器官(叶、茎和根)对干旱胁迫的响应机制。植物达到死亡临界阈值的概率和时间, 取决于相关生理和形态学特征的相互作用。最后, 介绍木本植物水力恢复机制, 并提出3个亟待开展的研究问题: (1)改进叶片水分运输(木质部和木质部外水力导度)的测量方法, 量化4种不同途径的叶肉水分运输的相对贡献; (2)量化叶片表皮通透性变化, 以便更好地理解植物水分利用策略; (3)深入研究树木水碳耦合机制, 将个体结构和生理特征与群落/景观格局和过程相关联, 以便更好地评估和监测干旱诱导树木死亡的风险。     

Introgression and repeated co‐option facilitated the recurrent emergence of C4 photosynthesis among close relatives

The origins of novel traits are often studied using species trees and modeling phenotypes as different states of the same character, an approach that cannot always distinguish multiple origins from fewer origins followed by reversals. We address this issue by studying the origins of C₄ photosynthesis, an adaptation to warm and dry conditions, in the grass Alloteropsis. We dissect the C₄ trait into its components, and show two independent origins of the C₄ phenotype via different anatomical modifications, and the use of distinct sets of genes. Further, inference of enzyme adaptation suggests that one of the two groups encompasses two transitions to a full C₄ state from a common ancestor with an intermediate phenotype that had some C₄ anatomical and biochemical components. Molecular dating of C₄ genes confirms the introgression of two key C₄ components between species, while the inheritance of all others matches the species tree. The number of origins consequently varies among C₄ components, a scenario that could not have been inferred from analyses of the species tree alone. Our results highlight the power of studying individual components of complex traits to reconstruct trajectories toward novel adaptations.     

Mapping Quantitative Trait Loci onto a Phylogenetic Tree

Despite advances in genetic mapping of quantitative traits and in phylogenetic comparative approaches, these two perspectives are rarely combined. The joint consideration of multiple crosses among related taxa (whether species or strains) not only allows more precise mapping of the genetic loci (called quantitative trait loci, QTL) that contribute to important quantitative traits, but also offers the opportunity to identify the origin of a QTL allele on the phylogenetic tree that relates the taxa. We describe a formal method for combining multiple crosses to infer the location of a QTL on a tree. We further discuss experimental design issues for such endeavors, such as how many crosses are required and which sets of crosses are best. Finally, we explore the method's performance in computer simulations, and we illustrate its use through application to a set of four mouse intercrosses among five inbred strains, with data on HDL cholesterol.