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红树植物等天然耐盐的木本植物群落对盐胁迫环境的高度耐受性是适应性进化的一个重要体现。而半红树植物作为红树植物与陆生植物之间的过渡类群,可以在海岸潮间带和内陆两种截然不同的生态环境中生长,因此是探讨植物在种下水平对甜土、盐土不同生境适应发生适应性进化的理想材料。
本研究选取材料为典型的半红树植物黄槿(Hibiscus tiliaceus),其包含海岸和内陆两种不同的生态型。利用实时定量PCR技术和各种生理指标检测手段,本研究分析了黄槿两种生态型在盐胁迫下其耐盐相关基因表达在时间尺度上的变化模式,检测其盐相关生理指标的变化趋势,以及比较两种黄槿的生理变化与基因表达模式的异同。
基于本实验室以往进行的SSH文库以及基因芯片杂交,本研究从涉及植物耐盐机制相关的各生理过程入手,挑选关键基因作为研究对象;分别是关于光合作用的RCA和PsbK、关于离子平衡的NHX1、关于渗透调节的BADH和关于信号转导的ERF等。对缺乏遗传背景的:BADH和RCA使用近缘物种的简并引物扩增测序获得其EST;并利用获得的序列信息设计特异性引物进行实时定量PCR。而生理指标方面也选择了对应的指标测量,分别用LI-6400便携式光合作用测定系统测量光合作用效率、等离子体原子发射光谱测定离子浓度和传统比色法测量渗透调节物质浓度等。
实时定量PCR实验结果显示,海岸型和内陆型两种黄槿的PsbK与ERF的表达模式相似,但总体表达量上海岸型比内陆型要高。而BADH、RCA以及NHXl等在表达模式与表达量变化幅度上均显示较大差异;预示着这些基因可能跟两种生态型耐盐能力的功能分化相关。而在各种生理指标中,两种生态型的变化模式相似的有可溶性多糖含量、可溶性蛋白含量,以及除了钠离子以外的金属离子的含量;但脯氨酸含量、光合作用效率和钠离子含量在两种黄槿中变化则有所差异。
综合分子和生理方面的实验结果,我们推断黄槿光合作用速率的下降是由于Rubisco的活性被抑制,从而引起了对光系统Ⅱ的光抑制效应;海岸型黄槿在光合作用方面显示出较大的抗盐胁迫能力。从K<+>/Na<+>比值差异来看,两种黄槿在调节离子平衡方面的能力也出现差异。而渗透调节方面,甜菜碱可能是黄槿主要的渗透条件物质,与光合作用系统的关系密切,但其合成的关键基因BADH的表达在两种生态型中截然不同。因此,黄槿在种下水平对盐胁迫的适应性能力已经发生了分化,而:BADH的表达模式的差异可能是一个重要原因。海岸型的黄槿显示出比内陆型具有更适应盐胁迫环境的潜力。