克隆植物结缕草对水分异质性的生理整合及调控机制研究

以典型匍匐茎型克隆植物结缕草为实验材料，研究其在水分异质性环境条件下水分生理整合的内在机理，在此基础上观察外施ABA、ABA抑制剂、H2O2、Ca2+处理对水分生理整合的调控作用。在上述过程中运用生理生化研究手段比较各处理与对照克隆分株间信号感知的差异和物质分配的变化，采用实时定量RT-PCR技术监测水分生理整合过程中防御酶系和渗透调节物质合成酶的变化，结合蛋白质组学研究手段分析逆境响应蛋白质表达差异，分析信号物质调控水分生理整合的方式，进而初步确认克隆植物水分生理整合的内在机理以及信号物质的调控机制，有助于了解克隆植物适应多样化和异质性生境的机制，为深入阐明植物从接受环境信号到做出生理整合响应的过程和分子机制积累资料。

自然界水分在时间和空间上的分布普遍存在不同尺度的异质性，有关克隆植物的水分生理整合方面的研究相对薄弱。本项目按照计划要点，以结缕草为实验材料，研究了结缕草克隆分株对水分异质的生理整合、结缕草对水分胁迫和复水的生理响应、外源激素水杨酸和信号分子氯化钙对水分胁迫条件下结缕草的调控作用。主要研究结果如下：1. 在均质干旱条件下，母株的叶绿素a、a+b含量, a/b比值, 初始荧光, 最大荧光和可变荧光值等均低于子株，抗氧化酶活性及MDA与子株的变化趋势相同，而脯氨酸含量高于子株，表明母株和子株之间存在着生理整合，生理整合明显利于子株的生长和存活。在母株水分充足而子株干旱的异质条件下，受到干旱胁迫母株和子株原初光能转化效率Fv/Fm、光反应中心PSII的潜在活性Fv/Fo 和POD活性都显著低明显低于供水处理的分株，脯氨酸含量显著低于母株子株干旱处理，说明母株通过生理整合给子株提供生理支持而不会付出明显的生理代价；反过来母株干旱而子株水分充足的异质条件下，母株与子株间的生理整合并不显著。2. 轻度水分胁迫处理对结缕草影响较小，重度水分胁迫处理对结缕草伤害较大；复水后轻度胁迫各项指标恢复良好，甚至超过对照，表明经过轻度的水分胁迫后再复水有利于结缕草生长，而重度胁迫则恢复较慢。3. 不同浓度（0.1、0.5和1.0 mM）水杨酸处理结缕草，生长量和SOD、POD和CAT等酶活性等各项指标都显著高于对照，但0.5 mM处理明显高于0.1 mM和1.0 mM处理，表现出最佳的缓解作用；而对于叶绿素含量、光合指标以及叶绿素荧光参数的影响，低浓度水杨酸处理效果较为明显，0.1 mM处理对干旱胁迫下结缕草光合荧光参数较为敏感，且表现出明显的缓解作用。4. 外源性分子氯化钙可以有效缓解重度干旱对结缕草产生的毒害作用，其中10 mMCaCl2预处理效果最佳。本项研究提出结缕草母株和子株间的生理整合是母株对子株提供单向支持，这与其它克隆植物双向的生理整合不同。本项研究从“生理整合”角度探讨克隆植物分株间、分株与环境间的关系，研究成果揭示了分株间生理整合发生的内在机理及调控机制，为植物生理生态学的研究提供新的途径，开拓新的领域。项目研究期间共取得科研成果四十一项，其中SCI、EI收录论文14篇，国内核心期刊论文13篇，申请国家发明专利6项（授权一项），培养研究生7人，顺利完成项目的预期研究结果。