异质性UV-B环境下NO对活血丹克隆整合代谢过程的作用机理研究

Physiological integration has been repeatedly documented in clonal plants growing under heterogeneous microsites, and physiological integration existed in clonal plants under either homogeneous or heterogeneous UV-B radiation in previous study. Our research has found that NO is involved in the inducing process of UV-B absorbing compounds among ramets of clonal plants under heterogeneous UV-B conditions, while little has known on the mechanism of NO increase in clonal plants. For the purpose of determine the component and sequence of signal moleculer (NO) in regulation pathway of heterogeneous UV-B Radiation on physiological integration in clonal plants, connected ramet pairs of Glechoma longituba were subjected to either a heterogeneous UV-B treatment (one ramet was under ambient light and the other under UV-B radiation) or a homogeneous one (both ramets were under ambient light). The project aims to reveal the mechanism of NO increase through enzymatic and non-enzymatic pathway, and study the effects of exogenous SNP and NO scavenger on carbon assimilation, antioxidant system and the defense metabolic process. The results could be helpful for further understanding of the function and signaling mechanism of heterogeneous UV-B radiation on growth regulation in clonal plants.

克隆植物生理整合经常在异质性环境中发生，申请人前期研究证明异质性UV-B辐射调控克隆植物生理整合，并且信号分子一氧化氮（NO）参与了异质性UV-B环境中防御物质紫外吸收物在克隆植物分株间的整合过程，但NO的产生途径及其在克隆植物其他代谢过程中发挥的作用尚不明确。本研究将在此基础上模拟同质和异质UV-B辐射，以匍匐茎相连的活血丹（Glechoma longituba）克隆分株对为研究对象，利用药理学、生理生化和分子生物学方法，从酶促和非酶促途径揭示活血丹生理整合中NO的来源；并通过外源施加NO供体和清除剂，研究NO对异质性UV-B环境下克隆植物活血丹生理整合碳同化、抗氧化代谢和防御代谢过程的影响。进一步探明异质性UV-B环境下NO在克隆植物生理整合中发挥的作用，有助于全面认识UV-B辐射在克隆植物生长调控中的作用，为了解异质性UV-B环境下克隆植物生理整合的机理提供理论依据。

异质性UV-B辐射下克隆植物叶片NO含量提高，且NO沿着匍匐茎从辐射端分株传递到非辐射端分株。本研究模拟同质和异质UV-B辐射，以匍匐茎相连的活血丹（Glechoma longituba）克隆分株对为研究对象，测定其一氧化氮含量、一氧化氮合酶和硝酸还原酶活力、亚硝酸盐和类胡萝卜素含量，从酶促和非酶促两个反应途径来探讨活血丹生理整合中的NO来源。结果表明：UV-B辐射下，克隆植物活血丹分株端NO含量增加、一氧化氮合酶和硝酸还原酶活力提高、类胡萝卜素含量增加；无UV-B辐射，仅匍匐茎和UV-B辐射相连的活血丹分株端NO含量增加、一氧化氮合酶和硝酸还原酶活力提高、类胡萝卜素含量增加。说明异质性UV-B辐射下调控活血丹克隆整合的NO来源有酶促和非酶促两条途径。前期研究证明NO参与了克隆分株间紫外吸收物的整合过程,本研究通过外源施加NO供体硝普纳（SNP）和NO清除剂2-（4-羧基苯基）-4,4,5,5-四甲基-1,3-二氧咪唑啉钾盐（cPTIO），利用药理学、生理生化和分子生物学方法，研究NO对异质性UV-B环境下克隆植物活血丹生理整合其他代谢过程的影响。结果表明：异质性UV-B辐射处理下，补加UV-B辐射处理组气体交换参数、叶绿素含量、抗氧化酶活力和黄酮化合物含量显著增高，但和它相连无补加UV-B辐射的处理组气体交换参数、叶绿素含量、抗氧化酶活力和黄酮化合物含量却显著降低，NO清除剂却改变了这一现象，加入NO清除剂后，UVB辐射端气体交换参数、叶绿素含量、抗氧化酶活力和黄酮化合物含量没有显著升高，和它相连的无补加UV-B辐射的处理组也无明显变化。说明NO参与了克隆植物活血丹生理整合其他代谢过程，且在其中扮演重要角色。本研究对同质和异质性UV-B辐射下克隆植物活血丹分株叶片和匍匐茎9个样本进行转录组测序，测序结果显示同质UV-B辐射下克隆分株和异质UV-B辐射下克隆分株间存在大量的差异表达基因。将这些差异基因进行分类，和前面研究的生理及形态指标结合起来，从碳同化、抗氧化代谢及防御代谢入手分析克隆植物生理整合响应异质性UV-B辐射的机制。