新疆荒漠盐生植物异子蓬异型性种子的形成及对极端盐渍生境的适应机理研究

种子异型性在植物界广泛存在，是种子为减少种内竞争、充分利用时空异质分布资源的对策。研究表明，盐生植物种子异型性是长期进化过程中对盐碱生境异质性的选择结果，从而确保其在种子阶段适应环境的变化。目前对具种子异型性盐生植物的深入研究较为有限。基于此，本研究利用显微/超微结构系统观察、HPLC或ELISA 试剂盒分析、实时定量扩增（qRT-PCR）等技术手段，对新疆极端盐渍生境中具种子异型性的特有盐生植物-异子蓬（属C4植物类型），在异型种子发育的细胞生物学、异型种子后代不同环境下异型性的变异、异型种子萌发机理、异型种子盐胁迫下的成苗机制、异型种子后代植株对盐胁迫的生理生化及分子响应机制等方面开展系统全面的研究，由此深入揭示具种子异型性盐生植物异子蓬耐受极端盐渍土壤的特殊机制，这将对补充和完善干旱荒漠区盐生植物适应环境的理论体系具有重要的科学意义，并最终为其植被在盐碱地的恢复和扩展提供理论依据。

种子异型性在植物界广泛存在，而盐生植物种子异型性是长期进化过程中对盐碱生境时空异质性的选择结果，从而确保其在种子阶段适应环境的变化。目前对具种子异型性的盐生植物的深入研究较为有限。异子蓬是具典型种子异型性的盐生植物，极具研究价值。本研究利用各种技术手段，对异子蓬在异型种子发育的细胞生物学、异型种子后代不同环境下异型性的变异、异型种子萌发的分子机理、异型种子盐胁迫下的成苗机制、异型种子后代植株对盐胁迫的生理响应机制等方面开展了系统全面的研究。已全面完成了申请书中设定的内容和目标。主要研究结果如下：① 对异子蓬异型种子发育的细胞生物学过程进行了石蜡切片的系统观察，基本搞清了黑色和褐色异型种子在发育过程中外种皮形成过程中所产生的结构差异，褐色种子形成薄而软的外种皮，黑色种皮形成厚而硬的外种皮。② 初步确定了异子蓬种子异型性比率变异的内因和外因。内因包括：种子形成相关基因、种子形成及分布格局以及内源激素的分布和变化；外因主要与环境因素特别是气候条件（降水、早春气温等）的变化密切相关；③ 从基因表达水平分析了两种异型种子萌发差异的原因。结果显示：一些和种子萌发密切相关或者可能在异子蓬种子萌发中有重要作用的基因在异子蓬褐色种子中均上调表达且比黑色种子表达早；萌发期NaCl和低温（15℃）对褐色种子表现抑制而对黑色种子为促进相关基因表达；而0.01% H2O2和10 μM ABA则诱导两种种子相关基因均上调表达（褐色种子表现为极显著促进作用）。④ 明确了异子蓬异型种子后代植株耐盐机制的差异。在NaCl长期胁迫下，异子蓬黑色和褐色种子后代植株在大部分的形态结构特征、生理生化指标和基因表达规律基本相似，其中少数指标的显著差异可能暗示黑色种子后代植株较褐色更耐盐。⑤ 初步分析了异子蓬异型种子萌发及成苗的影响因素。褐色种子无休眠，黑色种子存在非深度生理休眠；变温、层积、赤霉素处理可打破黑色种子休眠；盐分和温度对异型种子出苗和成苗有显著影响。⑥ 项目实施过程中撰写了9篇论文，4篇在中文核心期刊发表，2篇被SCI期刊收录，另有3篇（英文）已投到SCI期刊。