气候变化和人类活动对全球生物多样性构成了严重威胁。有关研究报告预示，在未来几十年内，约有40%的植物物种将面临灭绝风险。尽管自然保护地在减缓生物多样性丧失方面发挥了重要作用，但其规划体系主要依赖物种和生态系统多样性的评估，尚未有效地整合遗传多样性指标。作为生物多样性的关键组成部分，遗传多样性代表了种内个体间的遗传变异总和，是支撑物种适应气候变化、维持进化潜力以及保障生态系统功能与恢复力的基础。联合国《生物多样性公约》（CBD）明确强调了遗传多样性在全球生物多样性战略中的重要地位。2022年第15次缔约国大会形成的《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》（GBF）提出，到2050年要实现遗传多样性的总体稳定，力争保护每个物种至少90%的遗传多样性。然而，近期研究显示，在人类世，全球至少有10%的动植物遗传多样性已经丧失，未来的丧失速率尚难以预测。尽管已有研究揭示了国家乃至全球尺度遗传多样性的分布格局及驱动因素，但对大尺度区域遗传多样性的整合分析仍显不足。此外，已有研究多依赖于直接获取的遗传多样性参数，缺乏基于遗传矩阵重建的标准化数据分析。更为关键的是，遗传多样性指标尚未被系统整合到保护地体系优化的实践中。

广义的青藏高原包括青藏高原（狭义）、横断山、喜马拉雅和中亚山地（部分），被称为地球“第三极”，其平均海拔达4054 m（范围从88 m到8848 m），总面积为3.42×106 km2。由于拥有巨大的冰川储量，该区域是亚洲九条大河的发源地，素有“亚洲水塔”之称。“第三极”涵盖了4个全球生物多样性热点地区，孕育了约18,000种维管植物，其中约20%为特有种，是我国最重要的生态安全屏障，也是实现“双碳”目标的关键区域。全球气候变化和人类活动已严重威胁到“第三极”的生态安全。过去50年间，该区域呈现明显的暖湿化趋势，平均温升幅度达0.42 ℃/10年，约为全球平均水平的2倍；同期降水量每10年增加2.2%。气候变化引发了一系列级联效应，深刻影响了区域内冰川、冻土、湖泊等生态与环境要素。与此同时，人口增长、过度放牧及基础设施建设等人类活动不断加剧，对地表覆盖造成显著干扰，严重破坏了生态系统的完整性。为应对上述挑战，“第三极”区域内已建立了50余个国家级保护地，约占区域总面积的25.54%（图1）。近年来，为解决保护地空间分布分散、生物多样性和生态系统服务覆盖不足等问题，我国提出建设第三极国家公园群的发展规划，有望将保护地覆盖率提升至34.02%（图1）。尽管已有研究尝试在第三极保护地体系优化中纳入系统发育多样性和生态系统服务功能等指标，但对直接关联物种适应和进化潜力的遗传多样性仍缺乏系统考量。这一关键指标的缺失，可能削弱该区域保护地体系在应对快速气候变化中的韧性，并限制其长期的保护成效。

中国科学院昆明植物研究所李德铢团队通过国际合作，采用多学科交叉的方法，以青藏高原及周边山地构成的“第三极”为研究区域（图1），基于96种植物的群体遗传和分布数据，分析了其遗传多样性的分布格局，预测了气候变化驱动下物种分布的动态变化，并量化了未来潜在的遗传多样性丧失率。在此基础上，该团队整合遗传多样性与其它关键保护要素，提出了“第三极”保护地体系优化的建议方案。研究发现，“第三极”东南部存在多个单倍型多样性（HD）中心，拥有丰富的单倍型和特有单倍型，表明该地区可能曾是植物的冰期避难所（图2）。回归模型结果显示，气候和地形共同塑造了遗传多样性的分布，其中纬度是叶绿体DNA (cpDNA)单倍型多样性的最佳预测因子，而降水量是核糖体DNA (nrDNA)单倍型多样性的决定要素。基于生态位模型预测表明，未来气候情景下（即2090s），植物的适宜分布区将向西北方向迁移约43 km，并向高海拔迁移约86 m （图3）。这种分布区的位移可能导致cpDNA和nrDNA单倍型多样性分别丧失13.19%和15.49%。整合遗传多样性的系统保护规划结果显示，新确定的保护优先区中有71.20%位于现有保护区和规划中的国家公园群之外（图4）。据此，研究团队建议在“第三极”区域调整扩大现有保护地体系，新增保护面积2.02×105 km2（占区域总面积的5.91%），使总保护面积达到1.36×106 km2（占区域总面积的39.93%）（图4），从而更全面地保护物种的遗传基础与演化潜力。本研究尝试将遗传多样性指标整合到生物多样性保护规划中，不仅为“第三极”保护地体系的优化提供了新的思路，对其它关键区域的生物多样性保护也具有重要的理论价值和实践意义，可为全球生态脆弱区域的保护规划提供可借鉴的范式。

近日，该研究成果以Incorporating genetic diversity to optimize the plant conservation network in the Third Pole为题在全球变化与生态学领域国际权威期刊Global Change Biology发表。昆明植物研究所博士后Moses C. Wambulwa博士、朱光福硕士和罗亚皇副研究员为共同第一作者，刘杰副研究员和李德铢研究员为共同通讯作者。加拿大多伦多大学Marc W. Cadotte教授、英国亚伯大学Jim Provan教授和斯特林大学Alistair S. Jump教授等参与了此项工作。研究相关数据已同步存储于国家青藏高原科学数据中心和Zenodo平台。该研究得到了中国科学院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-7001）、中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB31000000）、国家自然科学基金（41971071）以及云南省基础研究重大项目（202201BC070001）等多个项目的支持。

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图1 “第三极”的区域地理特征（河流、山脉及地形）与保护地体系空间分布（现有保护区：浅红色；候选国家公园群：绿色）。

图2 “第三极”区域植物遗传多样性的空间分布格局。(A,B) 分别基于叶绿体DNA (cpDNA)和核糖体DNA (nrDNA)的单倍型多样性（HD）。(C,D) 分别表示cpDNA和nrDNA的单倍型总数。(E,F)分别表示cpDNA和nrDNA的特有单倍型数量。各子图左下角的色带表示单倍型多样性（A，B）或单倍型数量（C–F）的水平。

图3 “第三极”植物物种分布的时空动态变化。(A-D)不同时期物种丰富度及迁移方向的变化；(A-B) 从末次盛冰期（LGM）至当前（Present）的变化，(C-D) 从当前至未来（2090s）的变化。（E）所有物种在经度、纬度、海拔和分布面积上的变化及其显著性检验。（F）不同时期物种潜在分布区动态变化模式的示意图，百分率表示各模式所占物种数的比例。

图4 基于植物遗传多样性和分布数据确定的“第三极”保护优先区。保护优先区（IPA，红色）、现有保护区（PA，浅红色）和候选国家公园群（NPC，绿色）的空间分布关系。（A–O）15个保护优先区（每个区域面积≥4200 km2）以红色边框显示，并按面积大小以字母顺序排序。