年度植物为适应大都市城市生境多样性而产生的适应性特征分化

《Journal of Ecology》：Adaptive trait divergence of annual plants in response to urban habitat diversity in a megacity

通过共通圃場实验分析23个 Commelina communis种群，发现城市环境（高温、干燥）导致植物草丈、叶面积增大及茎叶数减少，开花时间延迟。QST-FST比较表明局部适应是性状分化的主因。

　　

摘要

en>此链接指向英文版摘要 ja>此链接指向日文版摘要

1. 由于城市开发导致的人为栖息地变化，植物的生长环境发生了显著改变。尽管城市化创造了多种多样的栖息地类型，但这些多样性对植物性状多样化的影响仍不甚明了。
2. 在本研究中，我们利用来自日本京都-大阪-神户大都市区城乡梯度上不同栖息地（包括乡村农业用地、城市农业用地、公园和路旁）的23个Commelina communis种群进行了共通圃场实验。我们评估了4个非生物因素，测量了8个功能性状和生物量，并分析了城乡栖息地之间的环境差异及性状分化。此外，我们还通过群体遗传学分析比较了量的遗传性状分化（Q_ST）与中性的遗传分化（F_ST），以揭示潜在的城市适应分化现象。
3. 城市栖息地通常具有较高的土壤pH值和地表温度，这是因为周边开发用地的增加；与乡村栖息地相比，城市公园更加阴凉，而路旁则更加干燥。城市种群，尤其是路旁种群，表现出一些独特的性状，如草丈较高、草高与草幅比更大、茎和叶片数量较少或叶片面积较大。此外，城市农业用地种群的开花时间相对于其他城市种群有所延迟。较高的地表温度与草丈和叶片面积的增加相关，而较高的开空度和/或土壤pH值则促进了草高与草幅比的增加以及叶片面积的增大。在较高开空度和地表温度条件下，开花时间会延迟。Q_ST–F_ST的比较结果，以及性状与环境因素之间的关系，强烈表明局部适应高温、阴暗和/或富营养化城市环境的过程推动了不同城市种群间的性状分化。
4. 综合Q_ST–F_ST比较、栖息地环境调查和共通圃场实验的结果，可以揭示局部适应和中性进化在塑造多様城市栖息地中植物性状响应方面的相对重要性。城市栖息地的多样性促进了开花植物在城乡种群间的适应性性状分化。

要旨

en>此链接指向英文版摘要 ja>此链接指向日文版摘要

1. 城市发展引起的人为环境变化极大地改变了植物的生长环境。然而，尽管城市化带来了多样的栖息地类型，但这些变化对植物性状多样化的具体影响仍不清楚。
2. 本研究以日本京都-大阪-神户大都市区城乡梯度上的不同栖息地（包括乡村农业用地、城市农业用地、公园和路旁）中的Commelina communis种群为对象，进行了共通圃场实验。我们测量了4个非生物因素、8个功能性状和生物量，分析了城乡栖息地之间的环境差异及其对性状分化的影响，并通过群体遗传学方法比较了量的遗传性状分化（Q_ST）和中性遗传分化（F_ST），以探讨潜在的城市适应现象。
3. 城市栖息地通常具有较高的土壤pH值和地表温度（这主要是由于周边开发用地的增加）。与乡村栖息地相比，城市公园较为阴凉，而路旁环境较为干燥。城市种群（尤其是路旁种群）表现出独特的性状，如草丈较高、草高与草幅比较大、茎和叶片数量较少或叶片面积较大。此外，城市农业用地种群的开花时间比其他城市种群更晚。较高的地表温度与草丈和叶片面积的增加有关，而较高的开空度和/或土壤pH值则促进了草高与草幅比的增加以及叶片面积的增大。在较高开空度和地表温度条件下，开花时间会延迟。Q_ST–F_ST的比较结果以及性状与环境因素之间的关系表明，对高温、阴暗和/或富营养化城市环境的局部适应是导致这些性状分化的主要因素。
4. 通过结合Q_ST–F_ST比较、栖息地环境调查和共通圃场实验，我们可以更深入地理解局部适应和中性进化在多様城市栖息地中植物性状响应中的作用。城市栖息地的多样性为植物提供了多样的环境条件，从而推动了城乡种群间的适应性性状分化。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

同行评审

本文的同行评审记录可访问：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1111/1365-2745.70193

数据可用性声明

数据存储在Zenodo仓库中，链接为：https://zenodo.org/records/15828338（作者：Taichi等人，2025年发表）