盐地碱蓬二型种子适应盐渍生境的生理生态机理

The content of salt in soils is always high during seed germination in saline areas. Therefore, successful seed germination is critical for seedling establishment of halophytes. Euhalophyte Suaeda salsa is good resource for amelioration of saline soils. The species can be used to remove pollution from soils. Therefore, Suaeda salsa is regarded as ecological green belt along the coastal zone. However, the adaptation of dimorphic seeds of the studied species to saline environment is not clear. The present project will use ecophysiological and molecular methods to investigate the adaptation of dimorphic seeds of the species to saline environment in both controlled and field conditions as follows: Firstly, to investigate the effect of salinity on the ratio and salt tolerance of dimorphic seeds in S. salsa. Secondly, to investigate the role of structure of seed coat in the adaption of dimorphic seeds to saline environments during seed germination. Thirdly, to investigate the physiological and molecular mechanisms of Na+ and K+ translocation in different parts of dimorphic seeds of S. salsa during seed development, and how dimorphic seeds maintain Na+ and K+ homeostasis in embryos under saline condition during seed germination. Fourthly, analyses on the differentially expressed genes associated with characteristics of germination of dimorphic seeds. These studies will help us to elucidate the mechanism of physiological ecology for adaptation of heteromorphism seeds of halophytes to saline environments.

盐地碱蓬是盐碱地区环境修复的优良植物资源，可以作为海岸带生态屏障和污染物消解的实地系统。然而其二型种子适应盐渍生境的机制却不清楚。本课题拟结合室内和野外实验，利用生理生态和分子生物学的手段，开展：（1）盐分对盐地碱蓬二型种子的比例变化及种子抗盐性的影响；（2）盐地碱蓬二型种子种皮结构在种子萌发期间对盐渍生境的适应意义；（3）盐地碱蓬二型种子发育过程中不同部位Na+、K+ 离子转运及萌发过程中胚维持Na+、K+ 离子稳态的生理及分子机制；（4）盐地碱蓬二型种子萌发相关的差异表达基因分析。通过以上研究，希望为阐明盐生植物异型种子适应盐渍生境的生理生态机制奠定基础。

盐地碱蓬具有很高的耐盐性，而且可以产生二型性种子。盐渍环境下，盐分越高产生的棕色种子越多，说明盐渍生境下盐地碱蓬主要通过产生抗盐性强的棕色种子来建群；与叶片和果皮相比，外界盐分对棕色种子胚中的Na+ 和K+ 含量影响较小。盐胁迫增加了盐地碱蓬叶和种皮的SsSOS1 基因的相对表达量，对SsHKT1基因的表达量的影响有相反的趋势,而胚中两个基因的相对表达量不受盐胁迫的影响。上述结果表明，高盐条件下果皮中SsSOS1转运体合成增多，增加了Na+ 的外排量，从而确保胚中的Na+ 含量稳定，使胚不受伤害。而在外界高盐低K+ 环境中SsHKT1对K+ 的吸收具有重要作用。盐处理对植物生长期间不同盐处理条件下收获的种子的SsSOS1基因和SsHKT1基因的相对表达量影响结果表明，盐处理增加了不同浓度盐分条件下收获的种子的上述基因的表达量，尤其是低盐处理下收获的种子；与棕色种子相比，黑色种子种皮有机物质含量更多，这些有机物当中具有蜡质成分。与棕色种子相比，黑色种子的种皮对离子和水分吸收以及对离子的阻挡作用更强。而破坏种皮后，黑色种子对水分和离子的阻挡作用明显减小。黑色种子萌发速率比棕色种子慢， 氯仿处理后黑色种子萌发速率加快，而棕色种子几乎不变。表明黑色种子的种皮（蜡质）能够对种子起到保护作用。盐地碱蓬二型性种子种皮结构的差异可能是盐地碱蓬对盐渍环境的一种适应策略，保证种群的延续；转录组分析表明，与干的黑种子相比，有机和无机渗透调节物质相关基因在干的棕种子中上调比下调的多。激素也有相似的趋势。萌发过程中，黑色种子对照组(未处理)和处理组（300 mM NaCl）之间的差异基因中，通过GO、COG基因功能注释，发现大量差异基因与物质的转运和代谢、信号转导等有关。通过KEGG代谢通路分析，494个差异基因被注释到108个代谢通路中，包括与抗盐性相关的一些重要物质的代谢途径。但棕色种子中这些基因相对较少，甚至没有。这可能是因为棕色种子具有较强的耐盐性，能够快速萌发，而黑色种子由于休眠和种皮的限制，在萌发过程中启动一系列相关基因来适应盐渍生境。