穗花狐尾藻对盐胁迫的响应及其耐盐机制研究

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穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)是一种广泛存在于河流和湖泊中的沉水植物。繁殖速度快,常被用作水域生态恢复的先锋物种。近年来,室内研究和野外调查均表明该沉水植物具有潜在的耐盐特性,而耐盐能力和机制鲜有研究。本文根据穗花狐尾藻的耐盐特性,研究了盐胁迫后植物体生长变化特点,光合呼吸等生命过程,生理机制应答及转录组调控,为了阐明狐尾藻的盐胁迫响应和抗盐机制。具体结果如下:1、盐度、温度和光照对穗花狐尾藻生长的影响:012盐度组穗花狐尾藻拥有较高的特定生长率,15盐度组的穗花狐尾藻鲜重、株高、叶片数显著低于其他盐度组。水温在530℃范围内,穗花狐尾藻生长速率随温度升高而升高,最适生长温度为2530℃。穗花狐尾藻光饱和点在300350μmol·m-2·s-1,最大生长量在光饱和点附近。2、盐胁迫对穗花狐尾藻光合作用的影响:盐度胁迫处理前10天,Fo、Fm、Fv/Fm、Fv’/Fm’、YⅡ等光合指标随盐浓度增大而增大,从第15天开始,12盐度组和15盐度组的光合作用逐渐减弱。第20天时,9盐度组光合作用减弱。直到第25天实验结束时,Fo、Fm、Fv/Fm、Fv’/Fm’、YⅡ等光合指标随盐浓度增大而降低。在盐胁迫的过程中,3和6盐度组光合作用略高于0盐度组。3、穗花狐尾藻低盐度胁迫生理响应:在25天的实验期间内,丙二醛(MDA)含量随盐度增加而增加。参与渗透调节的小分子有机物脯氨酸(PRO)和可溶性糖随盐度增大含量增加,参与抗氧化防卫的抗氧化活性酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD),在胁迫第5天时表现出随盐度增加而活性增强,随后在第15天和第25天的监测中,12盐度组和15盐度组均显示减少。4、穗花狐尾藻对低盐度胁迫转录组分析:设置盐度梯度为0盐度组对照,实验组为6盐度,12盐度。6盐度和12盐度分别与0盐度对照组比较,分子功能中的催化活性和结合的上调基因数最多;细胞组分中,细胞膜和细胞膜成分上调表达最多;生物学过程中的细胞进程与代谢进程的上调表达最多。KEGG富集中,类胡萝卜素生物合成是上调基因中最丰富的,淀粉和蔗糖代谢的Unigene最多,下调基因中光合作用-天线蛋白质的富集程度最大,具有最多基因,其次是植物激素信号转导的基因数量最多。综上,在复盐胁迫条件下,穗花狐尾藻能耐受的最高盐度为12,在3盐度和6盐度表现出较好的生长状态。当其受到盐胁迫时,会增加叶绿素含量以增强光合作用能力,分泌有机小分子调节细胞膜渗透率,增加抗氧化活性酶对抗氧化应激损伤的活性,用以对应盐胁迫。同时,在转录组水平上,通过上调催化活性和结合基因,保证组织的正常代谢和生长发育。本研究从表型,光合作用,生理响应和转录组层面初步探明了穗花狐尾藻的耐盐机制,为其耐盐选育及对低盐度水体生态修复提供了理论基础。
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