论文部分内容阅读
五爪金龙(Ipmoeacairica)目前在很多热带亚热带地区形成危害性生长，已成为华南地区危害严重的入侵植物之一。本研究以五爪金龙及其近缘种牵牛、三裂叶薯和七爪龙为研究对象，通过比较它们在低温胁迫下生理生态响应以及有隔内生真菌在它们根内的定殖情况，从而探讨五爪金龙对低温的生理响应，进而阐释其形成入侵危害的作用机制。同时，运用数宁基因表达谱技术比较冬夏两天的五爪金龙的基因表达差异，以初步验证五爪金龙耐寒性的分子机制。具体研究内容和主要结果如下： (1)模拟冬季持续低温处理的过程中，三裂叶薯叶片均积累大量的活性氧，造成严重的细胞膜损伤和DNA损伤，这可能是三裂叶薯死亡的原因之一。低温胁迫8d后，入侵种牵牛和五爪金龙的最大光能转化效率(Fv/Fm)有所下降，但不显著，而非入侵种三裂叶薯下降了26％，牵牛和五爪金龙的初始荧光(F0)有所增加但不明显，而三裂叶薯增加了43％，同时三裂叶薯的Yield、ETR也有所下降，表明三裂叶薯更易受到低温的影响。但28℃常温恢复2d后，三种植物均能较快恢复到正常水平。这主要是由于入侵种在遭受低温胁迫时提高了对其过量激发能的热耗散能力以及渗透调节物质的含量，缓解光合机构受到不可逆损伤，使其在低温胁迫解除后光合功能得以迅速恢复。对它们的气孔形态观察发现，低温处理前后，三种植物的气孔开度都没有明显变化，说明三种植物的光合作用都是通过非气孔调节和光保护机制来适应低温。本研究结果表明低温抑制三种植物地上部分生长，而它们均通过一系列生理过程来提高抗寒能力，但五爪金龙耐寒性相对较强。 (2)模拟冬季持续低温对溶液培养的五爪金龙、牵牛和三裂叶薯进行低温处理，研究结果发现，与三裂叶薯和牵牛相比，五爪金龙的再生枝条干重和根系生长遭受到的抑制作用较小。同时三种外来植物的根系成熟区细胞长度变小，说明细胞长度变短是根系变短的一个重要原因。低温胁迫下，五爪金龙的根系活力提高幅度明显高于三裂叶薯和牵牛。DAB、NBT和Evansblue染色结果显示，低温10℃胁迫导致三裂叶薯和牵牛的根部积累大量的超氧自由基和过氧化氢，进而引起根部细胞的大量死亡。本研究结果表明低温抑制三种植物的根系生长，而它们均通过调整根系形态和生理生化特征来提高抗寒能力，但五爪金龙根系的耐寒性相对较强。 (3)采取台盼蓝和苏丹Ⅳ双染色法，对四种植物(五爪金龙、牵牛、三裂叶薯和七爪龙)根内的丛枝菌根真菌(AMF)和深色有隔内生真菌(DSE)的定殖状况进行了研究。结果表明，在所调查的植物根系中，DSE比传统的AMF定殖更加普遍，而几乎没有AMF的定殖。在生长旺季，五爪金龙和牵牛的DSE的定殖率都达到85％以上，而七爪金龙和三裂叶薯根内的DSE的定殖率明显低于两种入侵植物。在显微镜下对DSE的形态学观察发现，DSE主要定殖在根的表皮、皮层和根表面，少见于维管束；除了有隔深色菌丝和微菌核外，还发现很多DSE非典型结构：植物根内含有透明菌丝、富含脂质的深色菌丝、浅色的有隔菌丝、油滴体、类似厚垣孢子的细胞串和类似于附着胞、富含脂质的膨胀结构。DSE的结构是动态变化的。DSE在植物根内形成独特的联合，并积聚大量的脂质；通过这些结构，宿主植物可能与DSE进行了广泛的物质传递。我们推测DSE的定殖可能提高五爪金龙的抗逆性和光合成碳的合理循环利用，但这推测尚需进一步的研究来证实。 (4)应用IlluminaHiSeqTM2000测序技术对夏天和冬天的五爪金龙进行数字基因表达谱分析，筛选8790个差异基因，其中2884个上调基因，5906个下调基因。将差异基因进行GO分类和Pathway富集分析发现，总共有46个GO-terms特异性高水平表达，总注释的途径有114个，筛选出41个主要的途径，发现抗氧化物质、次生代谢产物等基因表达增加；脂肪酸合成减少；光合作用的大部分基因下调，说明冬天的五爪金龙通过调整部分基因表达来适应冬天的低温。