盐渍生境菊芋块茎发育的生态适应性机制研究

With the advent of the energy crisis,no area of research in both science and technology is more hotly pursued than "renewable enegy" in recent years.The Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus), which is also called the sunchoke, shows good tolerance to drought, salinity and other adverse conditions, as well as resistance to pests and diseases,thus could be a promising bioenegy plant in China.Since 1999, the variety of NAU Jerusalem artichoke No. 1 with good traits has been obtained through self-nurturing by our research team, meanwhile the varieties of M1 and M2 through introduction from Russia.This project is focused on not only understanding the biological characteristics of tuber development, but also demonstrating internal and external hormones changes, inulin transport and transformation, and tuber development based on ecological mechanisms within plant system under Saline habitat.The project emphasis the theoretical and practical research, aiming at optimizing the cultivation theory of Jerusalem artichoke, increasing the tuber yield potential, and reducing the cost of ethanol production , as well as providing energy security and rational utilization of coastal land.

生物质能源是近年来国内外深受关注的研究领域。菊芋（Helianthus tuberosus L.）集耐寒、耐旱、耐贫瘠、耐盐碱、抗病虫、产量潜力大等优点，符合我国"不与农争地、不与人争粮油"的生物质能源发展方向。1999年以来，项目组自主培育耐盐碱能力极强的"南菊芋1号"和从国外引进生物学性状良好的M1、M2等菊芋新品种。本项目着重研究菊芋块茎发育的生物学特征，阐明内外源激素与块茎发育之间的关系，探讨主要块茎内含物-菊糖的运输和转化基本方式与途径，揭示盐渍生境条件下影响菊芋块茎发育的生态适应性机制，旨在进一步优化菊芋高产栽培理论，充分发挥菊芋高产潜力，有效降低菊芋燃料乙醇生产成本，着力推进菊芋生物质能源产业化进程，并为沿海滩涂合理开发利用提供理论与技术支撑。

菊芋又名洋姜，是菊科、向日葵属宿根性草本植物，也是近年来国内外研究较热的糖基类能源植物之一。菊芋有着广泛的生态适应性，可以在荒漠、滩涂、盐碱地等边缘性土地上生长。文献显示，菊芋的耐盐性处于中度盐敏感（MS）至中度耐盐之间（MT），说明菊芋品种间耐盐性差异较大，这为盐渍生境菊芋块茎膨大的生态适应性机制研究提供了前提条件。本项目以两个菊芋(Helianthus tuberosus L.)品种N1 (Nanyu No.1)和M1(Henan No.1)为试验材料，通过温室和田间试验，研究了盐渍生境菊芋生长发育的形态学和细胞学特征及生理与生化响应机制，分析了菊芋组织器官激素水平变化及其对块茎膨大的调控作用机理，探究了菊芋内含物（葡萄糖、果糖、蔗糖和果聚糖）在器官中的合成、运输与分配规律，解析了不同菊芋品种耐盐蛋白位点响应差异。试验研究为盐碱地菊芋品种选育与高产栽培提供理论依据。主要研究结果如下：.（1）光合系统方面，盐胁迫影响了两品种菊芋光和色素的合成与积累，致使植物光合速率随盐浓度增加而明显下降；扫描电镜结果进一步显示，N1品种叶绿体的受损程度显著大于M1品种。渗透调节方面，N1品种的总蛋白含量要明显高于M1品种，而M1品种可溶性糖含量显著高于N1品种，表明N1品种主要依靠可溶性蛋白的积累抵御盐害，M1则依靠可溶性糖的积累。激素水平方面，M1品种的耐盐途径主要是提高IAA与GA3含量，而N1则是提高ABA含量抵御盐胁迫。.（2）菊芋块茎膨大及其产量形成与同化物来源和库强有关，而库强直接与块茎结构有关。与M1品种相比，盐胁迫严重破坏了N1品种块茎内的细胞分布及结构，尤其是维管束结构严重退化甚至消失，直接导致了异常的运输机制以及过量的能量代谢，从而大大降低了菊芋块茎的产量。.（3）利用蛋白质组学技术，分析了菊芋在盐渍生境下的代谢特征和分子调控机制。在两菊芋品种间共得到998个蛋白点，其中41个蛋白点在两品种间差异比较显著，有39个蛋白得到了有效鉴定，得出的这些蛋白质参与了植物的各项生命活动：胁迫防御（21.95%）、细胞结构（2.44%）、蛋白质合成，折叠及代谢（17.07%）、物质代谢（9.76%）、光合作用（12.20%）、转录及翻译（2.44%）和碳代谢及能量代谢（26.83%）。