Leaf fluctuating asymmetry is not a reliable indicator of stress

IF 4.6 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Functional Ecology Pub Date : 2024-05-07 DOI:10.1111/1365-2435.14564

Maria Májeková, Bettina Springer, Viktoria Ferenc, Michal Gruntman, Katja Tielbörger

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叶片波动的不对称性不是压力的可靠指标

1 引言发育过程中经历的压力可能导致发育不稳定性，表现为双侧结构完全对称的微妙非定向偏差，即波动不对称（FA）（Clarke, 1993; Palmer & Strobeck, 1986; van Valen, 1962）。除了杂交等遗传原因外（Clarke，1993），环境压力也会增加细胞压力或减少可用于缓冲发育噪音的能量，从而导致发育不稳定性增加（Emlen 等人，1993；Graham 等人，1993；Leary & Allrobeck，1986；van Valen，1962）、因此，FA 被认为是任何具有双侧结构的生物体所经历的压力的一种易于获得的直接量化指标，其假设是对称性代表最佳表型，并且在发育过程中很容易受到压力的干扰（Leary & Allendorf, 1989; Palmer, 1996; Parsons, 1992; Sandner, 2020）。一种潜在的、通用的、易于测量的压力生物指标是一个极具吸引力的概念，尤其是在环境不断变化的情况下，如干旱或污染加剧。它可以对生物体所经历的微妙压力进行直接的定量评估，有可能在生物体机能受到影响之前提供早期预警提示。因此，FA 已被广泛用作各种生物体内一系列压力类型的指标（有关植物叶片的综述见附录 S1 表 A1，有关动物的综述见 Beasley 等人，2013 年；Palmer & Strobeck, 1986 年）。然而，尽管有关 FA 的研究最近已庆祝其诞生 100 周年（第一项研究由 Sumner 和 Huestis 于 1921 年发表），但值得注意的是，各项研究之间普遍缺乏一致性（Graham 等人，2010 年；Palmer, 1996 年）。植物叶片的情况尤其如此，对于环境压力是否影响 FA 以及 FA 是否处于选择压力之下这一基本问题，目前仍无定论（参见附录 S1 表 A1 中的综述及其中的参考文献；Sandner，2020）。此外，最近一些采用高精度测量的受控实验设计的研究表明，FA 作为植物简单胁迫指标的概念可能被高估了。这些最新研究发现，叶片 FA 与七种不同类型的非生物胁迫和 Silene vulgaris（Sandner & Matthies, 2017）的近亲繁殖以及 Betula pubescens subsp. czerepanovii（Zverev 等人，2018）的干旱和金属污染之间没有关系。研究结果不一致的一个可能原因可能是方法问题。由于FA代表了完美对称性的细微偏差，因此很容易被测量误差（ME）所掩盖，因此控制高精度和其他重要的方法步骤是明确检测FA的必要条件（Palmer & Strobeck, 1986, 2003; Zverev等人, 2018）。在此，我们旨在通过全面评估植物叶片中FA作为胁迫指标的普遍适用性，解决研究结果不一致的问题。为此，我们将观察研究和实验研究与系统的文献综述相结合。在实证研究中，我们采用了一种严谨、详细、重复性好且高精度的方法，对来自 80 个种群的 21 种植物进行了研究，这些植物在野外和受控条件下（干旱胁迫）具有不同的系统发育、生活史和叶片形态，沿不同的非生物环境梯度（干旱和生产力）分布。我们假设，随着非生物胁迫在环境梯度上的增加，FA 将呈线性增长。另外，我们还假设，在环境梯度的两端，由于一端的非生物胁迫较高，而另一端由于植物竞争强度的增加（如 Rettig 等人，1997 年），生物胁迫也会增加，因此 FA 会更高。在系统文献综述中，我们总结了环境胁迫因素对叶片 FA 影响的现有证据。此外，我们还估计了之前的研究是否应用了测量误差评估（Palmer & Strobeck, 1986, 2003），这是叶绿素累加的一个重要方法论方面，可能是导致结果模糊的潜在原因。

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来源期刊

Functional Ecology 环境科学-生态学

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4 months

期刊介绍： Functional Ecology publishes high-impact papers that enable a mechanistic understanding of ecological pattern and process from the organismic to the ecosystem scale. Because of the multifaceted nature of this challenge, papers can be based on a wide range of approaches. Thus, manuscripts may vary from physiological, genetics, life-history, and behavioural perspectives for organismal studies to community and biogeochemical studies when the goal is to understand ecosystem and larger scale ecological phenomena. We believe that the diverse nature of our journal is a strength, not a weakness, and we are open-minded about the variety of data, research approaches and types of studies that we publish. Certain key areas will continue to be emphasized: studies that integrate genomics with ecology, studies that examine how key aspects of physiology (e.g., stress) impact the ecology of animals and plants, or vice versa, and how evolution shapes interactions among function and ecological traits. Ecology has increasingly moved towards the realization that organismal traits and activities are vital for understanding community dynamics and ecosystem processes, particularly in response to the rapid global changes occurring in earth’s environment, and Functional Ecology aims to publish such integrative papers.