岩溶干旱过程中钙对忍冬光合生理的调控机制

岩溶生态系统的土壤具有富钙及暂时性干旱特征。研究适生植物在钙、水交互作用下的生存机制能够为石漠化治理和生态重建工作提供重要的理论指导。本课题以生长在岩溶环境(广西弄拉和重庆南川)中的忍冬(俗称金银花)为研究对象，首先通过连续观测岩溶渐进干旱过程中土壤－忍冬系统中钙、水时空变化、钙离子背景类型以及忍冬光合生理，找到钙离子影响忍冬光合过程的关键阶段；然后利用投射电镜和激光共聚焦显微镜技术分析该阶段前后钙对忍冬叶绿体超微结构的影响及叶绿体内钙离子动态变化的临界点；进而通过cDNA-AFLP方法分析忍冬在上述关键阶段前后的基因表达情况，找到参与调控光合过程并与钙离子相关的基因或基因片断；最后利用非岩溶土壤盆栽实验验证钙离子对忍冬光合生理的影响，揭示岩溶土壤渐进干旱胁迫过程中钙离子调节忍冬光合生理的生物学机制，为指导岩溶区植被在旱季的适时灌溉及经济作物的高效增产提供相关理论和实验依据。

在盆栽实验的基础上，通过室内分析共同探讨忍冬在岩溶土壤干旱过程中的光合机制以及相关基因，结果表明：.1)岩溶土壤经15 mM的外源钙处理后，忍冬对岩溶干旱的抵御能力能显著增加，进而促进其光合作用速率；.2)通过激光共聚焦显微镜观察活体细胞中的钙离子分布特征，结果表明：钙离子主要存在于忍冬的叶绿体上，这与添加外源钙能提高忍冬光合速率的研究结果相一致。忍冬叶绿体上存在的Ca2+能与CaM结合，激活忍冬体内多种关键酶，进而适应岩溶干旱环境特征；.3)利用cDNA-AFLP技术分析忍冬在干旱过程中所参与的应答基因，结果表明有53个基因片段与已知功能基因具有较高的同源性，功能涉及信号转导、离子通道、光合调节等，22个基因片段功能未知，其余5条基因片段无同源序列，可能为新的未知功能基因；.4)通过对这53个基因片段进一步分析发现，碳酸酐酶在光合作用过程中具有重要的调节作用，其活性的强弱与忍冬在干旱条件下的光合速率变化一致。利用免疫印记技术对根、茎、叶部位所提取到的碳酸酐酶进行鉴定，结果表明29 KD的α-碳酸酐酶在光合过程中具有重要的调节作用，并且其活性在15 mM外源钙处理后最高；.5)实时荧光定量PCR结果进一步证明外源钙的施加能增强α-碳酸酐酶基因在干旱逆境下的表达水平。对忍冬而言，15 mM外源钙的处理能够显著提高α-碳酸酐酶基因表达水平(P <0.05)，从而促进忍冬在岩溶干旱环境条件下的光合作用，缓解岩溶干旱对其光合器官造成的伤害。