模拟干旱环境下外来植物南美蟛蜞菊入侵机制的研究

作     者：何伟杰 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄萍

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：模拟干旱环境 南美蟛蜞菊 本地蟛蜞菊 抗氧化系统 内源激素配比 比较转录组分析 入侵机制 

摘      要：外来植物入侵是本土生物多样性最大的威胁之一。随着全球气候变化加剧,干旱现象频发,增加或改变了入侵植物对自然生态系统的负面影响。已有研究表明未来气候变化可能会直接导致入侵植物在入侵地的竞争力上升从而加剧入侵,但是这些入侵植物究竟是如何改变其竞争力的?通过哪些代谢途径或什么调控机制都尚不清楚。因此,本研究拟通过研究比较外来植物南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊在模拟干旱环境及模拟干旱环境与赤霉素合成抑制剂多效唑（PAC）共同作用下的表型特征、生理生态响应及其内源激素的调控规律,探讨南美蟛蜞菊对模拟干旱环境的适应性,同时结合比较转录组数据深入揭示模拟干旱环境下外来植物南美蟛蜞菊入侵的内在机制。本论文主要研究结果如下:（1）两种植物对模拟干旱环境的生理生态响应结果表明:聚乙二醇（PEG）模拟干旱和自然干旱均会抑制南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊的生长,同时会影响它们的抗氧化系统（POD、CAT、脯氨酸、MDA）和内源激素的含量（ABA、IAA、GA）。与自然干旱相比,PEG模拟干旱对两种植物的生长如叶片数、株高、根部发育、叶绿素含量等抑制作用更显著。自然干旱（D-6）条件下南美蟛蜞菊的根长显著增加,而本地蟛蜞菊的根长则无显著性差异。无论是PEG模拟干旱还是自然干旱处理,与对照处理组相比,南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊叶片中CAT、脯氨酸、MDA含量均显著增加,POD含量变化不显著。与此同时,南美蟛蜞菊叶片和根的ABA含量在干旱环境下均显著增加,而本地蟛蜞菊ABA含量虽然有所增加但其根部和叶片对不同干旱模式的响应不同。两种处理模式下南美蟛蜞菊地下部分ABA/IAA、ABA/GA比值均显著减少,而本地蟛蜞菊地上部分ABA/IAA比值显著减少,说明在干旱环境下南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊内源激素的调控模式并不相同或相似。（2）通过比较聚乙二醇（PEG）模拟干旱处理下是否添加PAC对两种植物生长的影响发现:添加PAC会降低PEG模拟干旱处理对两种植物生长的负面影响,对南美蟛蜞菊的影响主要体现在叶片数、株高和叶绿素含量上,而对本地蟛蜞菊的影响则主要体现在株高、根长、叶绿素含量上;同时,与PEG模拟干旱相比,添加PAC后南美蟛蜞菊叶片中POD和CAT活性显著增加且脯氨酸及MDA的含量显著下降,本地蟛蜞菊叶片中CAT活性、脯氨酸及MDA含量显著下降,说明在干旱环境下添加PAC可能更有利于缓解南美蟛蜞菊的氧化损伤。与PEG模拟干旱相比添加PAC后还能显著增加南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊不同组织部位的ABA含量,此时南美蟛蜞菊叶片和茎段的IAA含量、根部的GA含量也显著增加,而本地蟛蜞菊仅根部的IAA含量增加。这说明虽然添加PAC能缓解PEG模拟干旱对两种植物生长的负面影响,但对两种植物的影响机制却不同,因而植物的表型响应也不尽相同。（3）采用RNA-seq测序技术分别获得了南美蟛蜞菊88071个和本地蟛蜞菊80220个Unigenes。基于Nr,Swiss-Prot,KEGG和KOG/COG四大数据库对两种植物的Unigenes进行注释表明南美蟛蜞菊与本地蟛蜞菊分别有20616、22478个Unigenes得到注释。其中,WTCK-vs-WT75中有6821个差异表达基因,WTCK-vs-WT75P中有8909个差异表达基因,WCCK-vs-WC75中有4134个差异表达基因,WCCK-vs-WC75P中有3797个差异表达基因,且这些上调基因主要集中在分子功能类别中与催化活性相关的基因中。在PEG模拟干旱与PAC共同作用时南美蟛蜞菊差异表达基因主要涉及参与苯丙烷代谢、抗坏血酸和醛酸代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、叶酸生物合成等代谢通路,而本地蟛蜞菊差异表达基因则主要涉及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、碳源代谢、ABC转运等代谢通路。