解析遗传性与可塑性因素对Populus fremontii叶片反射率在温度梯度变化中的影响

《Oecologia》：Disentangling heritability and plasticity effects on Populus fremontii leaf reflectance across a temperature gradient

植物适应性遗传与环境交互作用及光谱变异研究|遗传可塑性|光谱特征分离|环境驱动效应|遥感监测技术

　　

摘要

全球范围内，随着植物适应速度难以跟上温度上升的步伐，植被生物多样性预计将会下降。为了通过遥感技术支持保护工作，我们区分了遗传因素和环境因素对反射光谱的嵌套影响，利用光谱学来评估植物对温度的适应性。具体而言，我们使用从16个种群中繁殖的克隆植株，在代表Populus fremontii（弗里蒙特杨树）温度范围的三个共同花园中种植，量化了可塑性和遗传性对P. fremontii叶片反射率的相对影响。我们通过方差分解将叶片光谱中表现出的表型变异分解为基因型和环境成分，以估计广义遗传性。在光谱红边区域（约680–750纳米）和短波红外区域（约1400–3000纳米），遗传性表现尤为显著，尽管红边区域的遗传性峰值对极端温度较为敏感。通过比较主成分空间中群体质心的距离，我们确定P. fremontii的种内光谱变异受到共同花园环境条件与来源种群之间相互作用的影响。支持向量机模型表明环境因素对光谱变异有显著影响，P. fremontii的来源种群和花园位置的分类准确率分别为71.8%和92.6%。这些发现强调了反射光谱数据在区分植物表型中的遗传因素和环境因素方面的实用性，为将这些见解应用于更广泛的景观提供了途径，并有助于在气候变暖的情况下保护和管理脆弱的生态系统。

全球范围内，随着植物适应速度难以跟上温度上升的步伐，植被生物多样性预计将会下降。为了通过遥感技术支持保护工作，我们区分了遗传因素和环境因素对反射光谱的嵌套影响，利用光谱学来评估植物对温度的适应性。具体而言，我们使用从16个种群中繁殖的克隆植株，在三个共同花园中种植，这些花园覆盖了代表P. fremontii温度范围的年均温度梯度，量化了可塑性和遗传性对P. fremontii叶片反射率的相对影响。我们通过方差分解将叶片光谱中表现出的表型变异分解为基因型和环境成分，以估计广义遗传性。在光谱红边区域（约680–750纳米）和短波红外区域（约1400–3000纳米），遗传性表现尤为显著，尽管红边区域的遗传性峰值对极端温度较为敏感。通过比较主成分空间中群体质心的距离，我们确定P. fremontii的种内光谱变异受到共同花园环境条件与来源种群之间相互作用的影响。支持向量机模型表明环境因素对光谱变异有显著影响，P. fremontii的来源种群和花园位置的分类准确率分别为71.8%和92.6%。这些发现强调了反射光谱数据在区分植物表型中的遗传因素和环境因素方面的实用性，为将这些见解应用于更广泛的景观提供了途径，并有助于在气候变暖的情况下保护和管理脆弱的生态系统。