【摘 要】
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富营养化和重金属污染已经成为影响水质的重要诱因,其会引起世界范围内水环境和水生生态系统功能的变化。水生植物是水生生态系统中重要的组成部分之一,在净化水质和维持水生生态的稳定方面起到重要作用。因此,探究重金属和富营养化对水生植物影响的生理和分子机制不仅可以为水生植物的保护管理及富营养湖泊的恢复提供科学的理论依据,还可以为水生植物响应气候变化的研究提供参考。鉴于此,本研究以西南特有易危水生植物海菜花（
【基金项目】
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国家自然科学基金“滇池湖滨带生态恢复过程中的植物群落构建机制与演变（51869032）”；
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富营养化和重金属污染已经成为影响水质的重要诱因,其会引起世界范围内水环境和水生生态系统功能的变化。水生植物是水生生态系统中重要的组成部分之一,在净化水质和维持水生生态的稳定方面起到重要作用。因此,探究重金属和富营养化对水生植物影响的生理和分子机制不仅可以为水生植物的保护管理及富营养湖泊的恢复提供科学的理论依据,还可以为水生植物响应气候变化的研究提供参考。鉴于此,本研究以西南特有易危水生植物海菜花（Ottelia acuminata）为实验材料,在贫营养（相当于Ⅰ类水）和富营养（相当于Ⅴ类水）条件下,通过Cr6+和N、P胁迫实验,分析海菜花在不同胁迫处理下的生理生化指标和转录组水平的变化,揭示海菜花对Cr6+和N、P胁迫的响应机制,以期为海菜花种群在高原湖泊的恢复提供理论依据,同时为高原湖泊水生生态系统恢复与生态治理提供新的思路。主要的研究及结果和结论如下:（1）贫富营养条件下,N、P处理对海菜花的生理指标结果表明,低氮磷处理下,海菜花的叶绿素荧光指标,包括光合电子传递速率（ETR）、光系统实际光合效率（YⅡ）、光化学淬灭系数（q P）显著下降,且在低氮（N（OC））、低磷（P（OC））、低氮磷（NP（OC））下降至最低,表明低氮磷处理下海菜花的PSII结构受到损伤。在高氮磷处理中,海菜花的脯氨酸（Pro）含量随处理时间的增加而显著上升;叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量随处理时间的增加而下降,且在高氮（N（EC））、高氮磷（NP（EC））值更低;光系统最大光化学量子转换效率（Fv/Fm）显著下降,非调节性能量耗散的量子产量（Y（NO））显著上升;调节能耗散量子产额（Y（NPQ））随处理时间的增加而降低。（2）贫富营养条件下,Cr6+胁迫对海菜花生理生化影响的研究结果表明,在贫营养条件下,有Cr6+（Cr＿OC）和无Cr6+（control＿OC）处理组中海菜花的ETR、YⅡ、光化学淬灭q P均显著下降,且qP在Cr＿OC中值较低,表明在贫营养和贫营养的铬处理下海菜花的光能转化效率可能降低,PSII结构可能受到损伤。在富营养条件下,有Cr6+（Cr＿EC）和无Cr6+（control＿EC）处理组中海菜花的脯氨酸含量随处理时间的增加而显著上升;总叶绿素、叶绿素a和类胡萝卜素的含量随时间增加显著下降;Fv/Fm在control＿EC中随时间的增加而显著降低;Y（NPQ）随时间增加而显著下降,且在Cr＿EC中具有较低的值;Y（NO）随处理时间增加显著上升。（3）贫富营养条件下,Cr6+和N、P胁迫实验的DEGs和WGCNA分析结果显示,海菜花中涉及能量代谢、碳水化合物代谢、次生代谢、氨基酸代谢途径均受到富营养和Cr6+影响。Cr6+胁迫会抑制海菜花光合作用、木质素合成及DNA损伤相关基因的表达。富营养条件下,光能捕获蛋白相关基因的表达水平较低;高N和低P条件下,叶绿素和类胡萝卜素合成相关基因表达水平较高;高N和高P条件下,电子传递过程相关基因表达水平较高。同时,富营养条件会影响果胶降解和木质素合成途径相关基因的表达,表明细胞壁在海菜花对富营养条件的响应具有重要作用。本研究基于生理生化和转录组测序,探究了海菜花对Cr6+和N、P胁迫的影响,揭示了海菜花对Cr6+和N、P胁迫的响应机制,可为海菜花的保护和种群恢复提供新的思路,并对高原湖泊中水生植物响应环境变化的研究提供参考和理论依据。
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