植物核DNA含量在全球尺度上的纬度变异式样及其气候适应意义——以菊科植物为例

核DNA含量是重要的生物学概念，涉及DNA C-值和基因组大小。前人有关植物核DNA含量在纬度梯度上的变异规律存在着矛盾的报道，而且多数将核DNA含量与纬度、海拔、气候等因素之间的关系描述成线性关系。核DNA含量是否具有环境适应上的意义，也还存在争议。先前有关核DNA含量与环境因素间关系的矛盾性报道可能与取样过小、地理范围过窄、研究对象遗传背景差异过大有关。如果对一个遗传背景相近的类群在全球范围内进行取样，核DNA含量会呈现有规律的纬度梯度变化，可能与大的气候因素之间存在非线性关系。菊科（Asteraceae）是被子植物的最大科，是一个广泛认可的自然分类群。为揭示全球空间尺度上植物核DNA含量在纬度梯度上的变异规律，以及这种变异是否具有环境适应意义，以菊科为对象开展了核DNA含量与纬度、生物气候因素关系的统计分析。从"植物DNA C-值数据库"检索到822种菊科植物的核DNA含量数据；在全球范围内，沿经度方向上设立10条样带，每条样带横跨15个经度，每条样带又均分成22个样块，每个样块纵跨7.5个纬度；其次，从"世界气候数据网站"下载1950-2000年时间段14个生物气候因子数据，应用ArcGIS 9.3获得每个样块14个生物气候因子的平均值；根据"全球生物多样性信息网站"记录，计算每个样块菊科植物平均的核DNA含量数据。为避免气候变量之间的多重共线性对数据分析的影响，应用主成分分析对数据进行了降维，发现最冷季度平均温度、最干季度雨量分别是第一、二主成分上荷载最大的因子，去除与它们相关性在-0.7至+0.7之间的其他气候因子后获得了最冷季度平均温度、最干季度雨量和最湿月份雨量三个变量用于进一步数据分析。结果发现，菊科植物在全球10个样带上的核DNA含量与纬度关系密切，与最冷季度平均温度、最干季度雨量和最湿月份雨量呈现极显著的单峰型的非线性关系，可以用二项式进行拟合。因此，全球空间尺度上植物核DNA含量沿着纬度梯度有规律性的非线性变化，这种变化具有很强的气候适应意义