水淹胁迫下蒿柳雌雄株的特异性响应及资源分配策略

Riparian plants often suffer from flooding because of seasonal precipitation. Trees occupy an important position in riparian ecosystem, but the physiological and molecular mechanism of waterlogging resistance for trees have not well understood. Willows are typical woody plants in riparian zone and there are some studies about waterlogging resistance of willows, but little is known about the sex-specific response of willows to waterlogging stress. Salix viminalis is a pioneer shrub found predominantly in riparian environments. With broad application prospect, it is mainly used for vegetation restoration of riparian zone, sewage treatment, bioenergy production and phytoremediation of heavy metal contaminated soil. Male and female plants of S. viminalis would be subjected to waterlogging stress to explore sex-specific tolerance differences and regulation mechanism of physiology and molecular for two sexes under waterlogging stress. By expounding resource allocation strategies of male and female plants on reproduction, defense and growth after waterlogging, the sex-specific adaptability were further revealed. The project will provide fundamental basis for expounding waterlogging resistance mechanism of riparian dioecious plant, and also offer theoretical basis for selective utilize of male and female plants of S. viminalis in vegetation restoration of riparian zone and sewage treatment.

受季节性集中降水的影响，河岸带植物经常遭受水淹胁迫。林木在河岸带生态系统中占据重要地位，但是有关林木耐水淹的生理分子机制还不清楚。柳树是河岸带木本植物的代表，虽然已有一些柳树耐水淹方面的研究，但是柳树雌雄植株对水淹环境的适应性如何，研究较少。蒿柳是一种重要的河岸带先锋灌木树种，主要用于河岸带植被恢复、污水处理、生物质能源开发及重金属污染土壤的植物修复等方面，应用前景广阔。本项目以蒿柳雌雄扦插苗为研究对象，拟对其进行水淹胁迫，探究雌雄株在水淹胁迫下的耐受性差异及生理分子调控机制，通过阐释水淹对雌雄株生殖、防御、生长等资源分配的后期作用效应，进一步揭示雌雄株对水淹逆境的适应性差异。本项目将为阐明河岸带雌雄异株植物的耐淹性机制提供理论基础，并为蒿柳雌雄株在河岸带植被恢复、污水处理等生产实践中的选择性运用提供理论依据。

摘要：受季节性降水的影响，河岸带植物经常遭受水淹胁迫。柳树是重要的河岸带雌雄异株植物，但是有关柳树雌雄植株对水淹环境的适应性如何，研究较少。本项目以蒿柳（Salix viminalis）雌雄扦插苗为研究对象，对其进行水淹处理，在不同处理时间对其进行形态、生理、分子等响应机制研究。结果显示，在整个试验过程中蒿柳雌雄株均长势良好，未出现枯萎、落叶、死亡现象。为了响应水淹胁迫，水淹茎在处理3 d、5 d后分别出现白色皮孔、不定根。在水淹末期，水淹组的株高、地径、地上部分生物量显著高于对照，而地下部分生物量显著下降，表明水淹刺激了蒿柳植株地上部分的生长，抑制了地下部分的生长。水淹处理下，蒿柳雌雄株叶片光合作用受影响较少，可能与完整的叶片解剖结构、较高的光合色素含量有关。水淹下蒿柳叶片和根系均受到了一定程度的伤害，但是通过抗氧化物酶系统和渗透调节系统的协同作用，缓解氧化伤害。此外，蒿柳根系无氧呼吸代谢途径的启动和非结构性碳水化合物含量的升高，对于低氧环境下蒿柳的能量供应起着积极作用。通过高通量测序技术，构建了蒿柳在不同水淹胁迫时间下根系的全长转录组数据，雌雄株在水淹胁迫下呈现性别特异性和时间特异性表达。水淹胁迫解除后，蒿柳雌雄株的生殖分配下降，但是雌株的生殖成本显著高于雄株。水淹对蒿柳根系产生了显著影响，经过恢复生长后，水淹处理的根系生物量仍显著低于对照。在化学防御方面，营养生长期蒿柳叶片的木质素、纤维素、植物类黄酮、总酚、单宁等物质含量高于生殖生长期，说明蒿柳在营养生长期具有较强的防御能力。水淹对蒿柳产生了一定影响，但是蒿柳雌雄株在形态、生理方面的差异不显著，可能是蒿柳雌雄株均对水淹环境具有较强的适应性。