重金属和虫害胁迫下红树的抗性适应及外源茉莉酸酮脂的调控

Increasing pressures from environmental pollution and insect pest damage both pose severe threats on survival of mangrove species. As a pioneer species, Avicennia marina was proved to be robust to heavy metal stress, but being more susceptible to insect pest damages such as Oligochroa cantonella Garadja than the other mangrove species. Under the stress of abitic and biotic stimulus, plants usually showed some common responses such as synthesizing and maintaining high levels of glutathione (GSH) and antioxidative enzymes activity, in which the newly recognized phytohormones, jasmonates, was involved and play key role in regulation of the expression of resistance gene and the synthesis of the resistance metabolites. The present study plan to use microcosm system in the greenhouse to mimic the conditions of the species (A. marina) under the pressures of both biotic (insect pest) and abiotic stress (heavy metals), and investigate the physiological responses and adaptations of the species with special emphasis on the exploration of the functions and roles of jasmonates, both endogenous and exogenous. The present study aims to deepen our understanding on the general responses and inner regulations of the mangrove species to joint stresses of the typical biotic and abiotic stimulus in the inter tidal habitats.

近些年来，环境污染和病虫害的加剧都威胁着红树植物的存活和发展，红树植物面临着严峻的生存压力。海榄雌是红树植物中具代表性的先锋植物，它对重金属胁迫具有较高的适应性，但是相对于其它红树物种却有着明显偏低的对病虫害的抗性。植物面对非生物（重金属）和生物胁迫的时候具有共同生理响应，如合成较高浓度的谷胱甘肽和维持较高浓度的抗氧化酶活性。在这些过程中，外源和内源的茉莉酸通过激活抗性基因的表达，诱发蛋白酶抑制剂的表达和增加抗氧化保护系统的活性而发挥重要的调控作用。本研究拟主要运用室内模拟方法研究海榄雌在重金属和虫害的双重胁迫压力下，在生理上的适应机制以及内源激素的响应，并且研究外源激素调控对海榄雌幼苗应对综合胁迫的作用，以期为红树植物的抗性改良及育苗造林提供科学依据。

茉莉酸酮酯（包括MeJA和JA）在调节植物应对生物胁迫的生理和提高植物抗性等方面的作用已经广为人知，但其在植物应对非生物胁迫尤其是重金属胁迫方面的研究目前还很少，其对植物重金属抗性的调控机制还不清楚。本项目研究了红树植物（秋茄，白骨壤）在铜镉胁迫下内源激素茉莉酸（JA）的响应以及外源梯度浓度茉莉酸酮酯（MeJA／JA）处理对重金属胁迫以及机械损伤的的缓解效应和机制。主要研究结果表明：低浓度的外源MeJA/JA在1-10μM浓度上能显著提高秋茄和白骨壤叶片的抗氧化保护酶（APX，CAT和POD）活性和抗坏血酸（AsA），还能够显著增加了白骨壤叶片II型金属硫蛋白相关合成基因AmMT2的相对表达并显著抑制有毒金属Cd向地上部分的转运，从而缓解和消除植物的氧化胁迫。此外，通过跟踪了内源JA在秋茄和白骨壤叶片内随不同浓度外源MeJA/JA处理的变化情况，发现叶片内源JA的含量随着外源MeJA浓度的增加呈现正向关并逐渐显著升高的趋势，说明外源MeJA/JA处理与内源JA之间确实存在正相关性，外源外源激素对植物抗性的调控有可能是通过对内源激素的水平的调控来介导的。通过PAGE电泳以及MALDI－TOF／TOF质谱分析发现外源JA在1-100μM浓度能显著增加15KD的Cu/Zn 超氧化物歧化酶（Cu/Zn－SOD）以及26KD的病原相关的蛋白的表达。低浓度的外源JA（1μM）显著提高叶片的过氧化物酶（POD）以及多酚氧化酶（PPO）的活性。机械损伤能在相当大程度上代表虫害。以上结果说明外源茉莉酸酮酯能够对重金属以及虫害都有一定程度的缓解作用。