摘要
适应性是生物应对复杂多变环境所需的最重要的生存和繁殖能力，生物体在适应环境的过程中随之而发生的适应性进化主要表现为表型或基因型变异，它们受自然选择、群体遗传水平、内在生理生化特性和周围生态环境等一系列因素相互作用影响。原产于长江中下游地区的中国特有种——南荻(Miscanthus lutarioriparius)及其近缘种荻(Miscanthus sacchariflorus)，在前期同质园研究中表现出对各类边际土地的极强适应能力，并且保持着高生物量的特性，两者在分类学地位上一直存在着争议。本研究通过电子扫描显微镜和转录组测序技术，探讨全年生长的荻和南荻微观形态差异和基因表达水平的差异。主要研究结果和结论如下： 1.电子扫描显微镜观察下的南荻和荻的茎尖组织横切面结构，荻为中空结构，南荻前期为大量的薄壁细胞填充的实心结构，生长末期为中空结构；荻维管束结构周围能观察到较厚的厚壁组织，南荻维管束没有看到明显的机械组织；在相同放大倍数的视野下，结构中空的荻的维管束数量上多于南荻，但南荻的维管束孔径更大；在宏观形态分析的过程中，我们发现每月的南荻平均值均比荻个体高出2.5米，且南荻于7月开始观测到分枝性状，这表明南荻生物量远高于荻。但维管束作为植物重要的水养分疏导器官，南荻数量上不及荻，我们推测没有明显机械组织的孔径较大的南荻维管束结构是适应性分化过程中产生的高效且先进的维管束结构。 2.电子扫描显微镜观察下的南荻和荻的叶组织结构，主要制备并观察了叶上表皮、叶下表皮、叶横切面三种切片。通过形态性状观察发现南荻和荻上下表皮均具有气孔，荻的上叶表皮的气孔数分布稀疏，远不及荻的下叶表皮的气孔数，南荻上下叶表皮气孔数均分布较多，同荻下叶表皮气孔数量没有显著差别；南荻和荻的气孔大小没有明显的差异；结合南荻的形态学特征，南荻的叶片的气孔数量多更有利于植物的光合作用，也可能是促使南荻植株高大的原因之一。 3.通过转录组测序和mapping分析，产生大约1434039996条长度为80bp的原始序列，经过过滤之后的数据总量达到199.44Gb。我们将平均表达量值为0的基因删去，南荻个体的表达基因数目从18910到20653不等，荻个体的表达基因数目从20010到20436不等。利用t-test/Wilcoxon-test和倍数改变的方法，发现南荻和荻之间显著上调的基因有2360(16.18%)，显著下调基因数为3660(25.09%)，不显著的基因数为14589(58.73%)。通过南荻和荻的主成分分析发现其在第二主成分上发生明显分化，我们对第二主成分的基因进行了筛选，找出了贡献率前20的基因，并将这些基因序列进行了BlastN功能注释，发现这20个差异表达的基因主要参与了植物光合作用、细胞代谢、防御以及信号转导等过程，同时仍有1/4的基因功能不明确。 以上这些研究皆表明南荻在形态、生理、分子水平上与荻发生了分化且南荻生物量高具有很强生态适应性。
NETL