摘要
红树林是位于热带和亚热带海岸潮间带的重要湿地生态系统，在整个滨海生态系统中扮演着不可替代的角色。其生境的主要特点是富含有机质和各种营养盐以及水淹缺氧造成的还原性环境，这有利于一氧化氮(Nitric oxide，NO)和硫化氢(Hydrogen sulfide，H2S)等还原性气体的产生。NO和H2S作为植物体内重要的小分子信号物质，已经有研究显示其对植物的生长发育有明显的调控能力。红树植物有发达而独特的根系，一般认为这是对水淹长期适应的结果。在这样的潮间带生境下，NO和H2S是否参与了红树植物发达根系的形成，目前还没有报道。此外，红树植物如何响应潮汐水淹，其具体的分子机制仍有待于进一步的阐明。因此，本研究针对上述问题进行了探究，主要的研究结果如下: 1.在第一部分实验中，首先以秋茄(Kandelia obovata Sheue，Liu and Yong)为实验材料，研究了NO在调控秋茄根系发育中的作用。结果显示NO供体硝普钠(Sodium nitroprusside，SNP)可以显著增加秋茄的平均鲜重、根长和根表面积。进一步的研究表明SNP以一种浓度依赖的方式影响秋茄的根系发育。为了深入探究NO调控秋茄根系发育的分子机制，我们提取了秋茄根系的RNA，采用转录组学的研究方法分析了NO调控秋茄根系发育过程中的基因表达。结果表明NO促进秋茄根系的生长和发育是一个复杂的生物学过程:1)NO主要影响淀粉和蔗糖代谢为植物的生长提供更多的能量;2)NO可以通过调节植物激素信号转导途径，如调节乙烯、脱落酸、生长素、油菜素甾醇的生物合成和信号通路，介导秋茄根系发育。3)NO可能在纤维素、半纤维素、果胶等细胞壁相关代谢中起重要作用，从而促进秋茄根系的生长和发育。最后，我们认为NO参与了红树植物秋茄的根系建成。 2.在第二部分实验中，我们接着以秋茄为实验材料，研究了H2S在调控秋茄根系发育中的作用。结果显示H2S与NO的调控作用类似，以一种浓度依赖的方式影响秋茄的平均鲜重、根长和根表面积。随后，我们用TMT蛋白质组学技术进一步探究其中的分子机制。蛋白组学共鉴定到8074个蛋白质，H2S处理诱导了其中697个蛋白质的差异表达(331个蛋白丰度上升，366个蛋白丰度下降)。根据GO和KEGG代谢通路富集分析，我们发现H2S主要通过以下三种方式来调控秋茄根系的发育。1)H2S通过调节碳水化合物代谢相关蛋白，如β-淀粉酶(BMY)、蔗糖转运蛋白(SUT)、SWEET蛋白(SWEET)、蔗糖转化酶(INV)、转化酶抑制因子(InvInh2)和乙醇脱氢酶(ADH)，为植物的生长提供能量，从而介导秋茄侧根的生长和发育;2)H2S可能主要通过半胱氨酸合成酶(OASTL)的表达参与硫代谢过程可为其他的含硫代谢物提供了更多的前体物质，进而促进秋茄根系的发育;3)H2S可通过谷胱甘肽代谢和其他抗氧化相关蛋白的表达，如异柠檬酸脱氢酶(IDH)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、抗坏血酸过氧化物酶(APX2)、谷氧还蛋白(Grx)、超氧化物歧化酶(Fe-SOD)和过氧化物酶(POD)，维持植物体内的细胞氧化还原稳态进而促进秋茄侧根的生长和发育。最后，我们认为H2S同NO一样参与了红树植物秋茄的根系建成，在红树植物潮间带的生态适应性过程中有积极作用。 3.在第三部分实验中，我们以红树植物白骨壤(Avicennia marina (Forsk.)Vierh.)为实验材料，研究了红树植物响应潮汐水淹的生理和分子机制。结果显示潮汐水淹对白骨壤幼苗光合特征和叶绿素荧光参数造成了显著的影响，尤其是净光合速率在4h潮汐水淹处理下显著增加，而在8h下显著降低。另外，抗氧化酶和其他小分子抗氧化物在白骨壤应对潮汐水淹中也发挥着重要作用。比较蛋白质组学的研究表明:白骨壤可通过上调光合作用相关蛋白的表达，激活抗氧化和防御系统，以有效抑制ROS的爆发和细胞损伤，同时调动与碳水化合物代谢相关蛋白的表达，维持细胞稳态，进而适应短时间的潮汐水淹。此外，通过对所鉴定到的蛋白进行蛋白质互作网络分析，发现在白骨壤响应潮汐水淹的过程中，光合作用、转录和翻译及细胞稳态之间存在着复杂的调节网络。综合以上结果，我们认为短期水淹(4 h)对白骨壤是有利的，而长期水淹(8 h)是不利的。此外，光合作用、防御和解毒能力及碳水化合物代谢在白骨壤响应潮汐水淹的过程中扮演者重要的角色。
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