摘要
海草床具有重要的生态功能和生态系统服务价值，对于维护近海生态平衡和资源可持续利用具有非常重要的意义，近年来海草床的退化使其成为研究热点。其中鳗草是温带海域最重要的海草物种，也是首个完成全基因组测序的海草物种，因此成为最受关注的海草物种之一，近年来，鳗草种群由于受到诸多因素的不利影响而严重衰退。在诸多驱动因素中，全球气候变化引起的高温胁迫是不可忽视的重要影响因素。以往研究发现，高温胁迫不仅会在生理生化水平上对植物造成显著影响，如生长率、光合作用速率、抗氧化系统等，还能够对植物的基因表达产生影响。本研究运用实验生态学方法，以高温作为胁迫因子，研究了鳗草（Zosteramarina）的形态学和光合系统、抗氧化系统对高温胁迫的响应，并通过转录组测序方法研究了鳗草响应高温胁迫过程中相关基因的表达及响应热应激的分子机制。研究结果表明： 温度对鳗草的生长、茎叶形态具有显著影响，25℃培养条件能显著促进鳗草生长，30℃培养条件能显著抑制鳗草生长，且30℃条件能显著影响鳗草的茎叶形态和显微结构，具体表现为鳗草叶片发生明显颜色改变并随着培养时间的延长逐步扩大。叶片内部发生空质化现象，叶片内部显微结构出现一定程度的破坏。 温度对鳗草叶片光合色素含量和叶绿素荧光参数具有显著影响，25℃培养条件能够促进鳗草色素含量的增加，Fv/Fm等叶绿素荧光参数显著升高，鳗草PSII光合效率提高；30℃培养条件下，短时间内三种色素含量变化不明显，但持续胁迫能够显著降低鳗草叶片光合色素含量，Fv/Fm等叶绿素荧光参数显著降低，鳗草PSII光合效率降低。 高温胁迫对鳗草体内过氧化氢的产生和清除过程具有显著影响。当鳗草处于适宜温度（15℃）时，体内ROS含量和抗氧化能力保持稳定平衡。25℃培养条件下，通过增加相关抗氧化酶活性和抗氧化剂含量控制ROS含量，达到新的动态平衡，表明鳗草对高温胁迫具有一定耐受性。当温度超过30℃，鳗草在短时间启动抗氧化系统清除多余ROS，但持续高温胁迫会破坏抗氧化系统，导致鳗草死亡。说明鳗草抗氧化系统对高温胁迫造成的氧化损伤具有一定的调节能力，但超过某个温度阈值后，氧化胁迫-抗氧化损伤之间的关系就不再是高温胁迫影响鳗草的主要途径。 不同温度下鳗草差异表达基因主要富集在细胞过程、代谢过程、生物调节、刺激响应等生物学过程，细胞部分、细胞、细胞器等细胞组分，主要参与结合、催化活性等分子功能。高温胁迫下鳗草的生物膜系统、光合系统、叶片形成以及抗坏血酸、相关蛋白质系列酶的相关GOterm显著富集。说明高温胁迫会抑制鳗草的光合作用，光合作用效率和相对生长率之间存在相关性，且抗坏血酸-谷胱甘肽循环在鳗草的热胁迫中发挥着重要的调节作用，并推测鳗草光合作用和抗氧化系统之间存在相关性。 本研究结果观察了高温胁迫下鳗草生长状态和光合作用效率，以及体内活性氧累积和清除过程，揭示高温、活性氧累积、抗氧化系统调控三者之间以及生长率和光合作用效率二者之间的相关性，并从转录组水平阐明高温胁迫下鳗草光合系统和抗氧化系统的响应特征及其调控机制。为鳗草种群退化的原因提供理论依据，为评价高温胁迫的生态学效应提供有力证据。
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