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喀斯特环境是一类发育在可溶性碳酸盐类岩石上的环境系境,其生境具有高钙和干早等特征。喀斯特生境中的优势/特征植物也多具适应高钙、耐旱的特性。旋蒴苣苔(Boea hygrometrica)是喀斯特地区一种典型的抗旱和适应高钙的植物。本文在探讨了喀斯特地区植物适应高钙环境的不同方式的基础上,从旋蒴苣苔中克隆了两个受脱水和外源Ca2+诱导表达的基因,并对其表达调控和蛋白质产物进行了分析。本研究将为治理西南喀斯特地区日益退化的生态系统提供理论基础。
本文测定了贵州4个地区采集地内45种优势/常见种的地上部分和地下部分的全钙含量以及土壤的交换性钙含量。通过分析喀斯特地区植物与土壤钙含量的特征发现:喀斯特地区植物具有较高的钙含量平均值；土壤交换性钙含量对植物地上部钙含量的影响总体上不显著,对植物地下部钙含量的影响显著；不同类别的植物钙含量存在显著差异,蕨类植物地上部钙含量平均值明显低于被子植物；不同类别植物的钙的分布部位也存在显著差异,在蕨类植物和单子叶植物中地上部和地下部的钙含量相近,而双子叶植物的地上部钙含量明显高于地下部。根据地上部分与地下部分钙含量的差异性以及与土壤交换性钙含量的相关关系将其中14种优势植物对土壤高钙的适应方式分为3种类型:随遇型,高钙型和低钙型。随遇型植物地上部和地下部的钙含量均与土壤交换性钙含量成显著正相关关系；高钙型植物具有较强的钙富集能力,其地上部即使在低钙含量的土壤中也可维持较高的钙含量；低钙型植物的地上部即使在高钙的土壤中亦可维持较低的钙含量。对贵州和北京等地采集到的旋蒴苣苔钙含量和土壤含钙量的分析发现,其地上部和地下部钙含量即使在高钙土中也呈低水平,推测可能是通过控制根部对钙的吸收和向上运输来维持低钙水平。
从旋蒴苣苔cDNA文库中筛选到两个片段,经5’RACE得到cDNA全长,分别命名为BhOMT1和BhC2DP1。BhOMT1编码一个包含359个氨基酸的蛋白质,蛋白序列分析表明BhOMT1为植物O-甲基转移酶。BhOMT1基因组序列包含一个内含子,与其同源基因的基因结构相似。BhC2DP1编码一个包含154氨基酸的小分子蛋白质,内含一个C2结构域,该结构域在很多植物蛋白中均存在。通过5’RAGE的方法分别克隆了1465bp BhOMT1启动子序列和1113bp的BhC2DP1启动子序列,分析发现其中均含有多种逆境胁迫诱导元件。通过对BhOMT1和BhC2DP1表达分析和Western杂交发现这两个基因均受脱水和外源Ca2+的诱导表达,表明这两个基因可能参与了旋蒴苣苔的脱水保护和对高钙环境的适应。