《高原（寒）逆境草地植物葉表皮蠟質的適應性進化研究》是依託西南大學，由郭彥軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高原（寒）逆境草地植物葉表皮蠟質的適應性進化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：郭彥軍
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題以植物葉表皮蠟質為研究對象，在前期研究基礎上，針對青藏高原草地植物在形態、生理和功能上對非生物逆境脅迫的生態適應性，在青藏高原三個緯度帶（青海海北地區和果洛地區、西藏那曲地區），按海拔梯度分別設定採樣區，並以低海拔地區(重慶北碚)同屬植物為參照，採用掃描和透射式電鏡技術、氣相色譜-質譜技術、分子生物學以及種群生態學等研究手段，分析1）青藏高原逆境脅迫下草地植物葉表皮蠟質晶體結構與組分特徵；2）環境因子與植物葉表皮蠟質特徵及蠟質合成酶基因轉錄水平之間的關係，3）高海拔地區與低海拔地區同屬植物葉表皮蠟質特徵及蠟質合成酶基因轉錄水平。通過上述3個方面研究，在植物微形態適應層面上闡明高原草地植物葉表皮蠟質對逆境脅迫的回響機制，揭示植物葉表皮蠟質多樣性與植物分布特徵之間的關係，在大尺度上探討青藏高原氣候變化下植物葉表皮蠟質的進化意義，為全球氣候變化下植物對環境的回響和適應機制研究提供有益資料。
結題摘要
植物葉表皮蠟質是覆蓋在葉表的疏水保護層，由超長鏈脂肪酸及其衍生物組成。已知的研究表明，表皮蠟質對外界環境因子的變化較為敏感，從晶體結構到蠟質組分上均有變化，且這種變化與植物的適應有關。高原植物對逆境的適應性變化是否與表皮蠟質的適應性變化有關？為了回答這個問題，我們分析了高寒草甸54種草本植物9個緯度帶上的蠟質含量、組分及晶體結構，1）發現晶體結構整體出現熔融現象，增加了對葉表的覆蓋面積及厚度；2）蠟質沉積量不同環境間差異大，存在較大的可塑性；3）基於種群水平的葉角質層蠟質總量、組分含量及烷烴分布特徵，與年平均氣溫、降雨量、乾旱指數之間無顯著相關關係，不能直接證明高寒草甸植物葉角質層蠟質特徵變化與氣候變化有關；4）但在群落水平上，我們發現蠟質平均含量及烷烴分布特徵與年平均氣溫存在顯著相關關係，如隨著溫度的升高，植物及土壤烷烴平均碳鏈長度增加，說明部分特異性物種的出現與其特殊的蠟質特徵有關。5）高海拔地區菊科植物沉積較多的蠟質，特別是烷烴、酸和酯類物質含量高於低海拔植物，說明植物葉角質層蠟質為適應高海拔環境做出了適應性調整。6）考慮到高寒草甸之間儘管年平均氣溫存在差異，但環境壓力變化不足以引起蠟質的適應性變化，進一步對分布在海拔44m到3900m環境的大車前和平車前種群進行了分析，發現環境變化梯度較大時，植物葉角質層蠟質將產生適應性變化。7）對低海拔地區草本植物的研究發現，葉角質層蠟質含量、組分及烷烴分布特徵隨著季節變化而產生變化，以提高其適應性。8）基於轉錄組高通量測序技術與qRT-PCR技術，篩選到12個草地早熟禾蠟質候選基因，如蠟質長鏈脂肪酸合成關鍵基因KCS、KCR、烷類合成關鍵基因CER1、一級醇類合成關鍵基因CER4。進一步分析發現，在逆境脅迫下，不同來源草地早熟禾蠟質基因表達量存在較大差異。9) 綜合分析認為，高寒草地植物葉表皮蠟質在逆境有較高的可塑性，且蠟質含量及組分的變化是植物適應環境變化的結果，但我們尚不能證明這種適應是遺傳變異還是一種表觀遺傳現象。
