摘要
泡桐作为我国所特有的本土树种，因繁殖力强、生长迅速、木材轻盈且纹理美观、富含黄酮类、生物碱类等特质，常用于防风固沙、园林绿化、制作家具、医疗等生产实践中，具有较高的生态价值、经济价值以及药用价值，是我国重要的多用途速生树种之一。由于全球气候变暖等因素，干旱已经成为了影响植物生长发育的重要非生物胁迫之一，制约着泡桐生长发育以及相关生产实践的进行。因此研究泡桐在干旱胁迫下的生理机制，具有着重要的意义。本研究以二倍体鄂川泡桐和四倍体鄂川泡桐为材料，采用持续自然干旱的处理手段，研究二倍体鄂川泡桐和四倍体鄂川泡桐在干旱胁迫期间的生理变化，以及干旱处理前后的代谢组学变化。主要结果如下： （1）对二、四倍体鄂川泡桐形态变进行观察发现：随着干旱程度的增加，二、四倍体鄂川泡桐均出现萎蔫状态，且二倍体鄂川泡桐更为显著；复水后，叶片均有所恢复。 （2）在干旱胁迫下，二、四倍体鄂川泡桐的光合作用系统均做出了响应。其中，二、四倍体鄂川泡桐叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、叶绿素a含量（Chla）、叶绿素b含量（Chlb）、叶绿素总含量（Chl）整体上均随着干旱程度的增加而将低，复水后有所回升；水分利用率（WUE）在整个试验期间呈现持续上升趋势；胞间CO2浓度（Ci）在干旱处理期间呈现先增后降趋势，复水后进一步降低。四倍体鄂川泡桐叶片和根的Pn、Tr、Gs、WUE、Chla、Chlb、Chl在整个实验期间整体上均比二倍体鄂川泡桐高，Ci与之相反。说明在相同干旱条件下，鄂川泡桐四倍体光合能力大于二倍体。 （3）在干旱胁迫下，二、四倍体鄂川泡桐叶片和根的生理响应主要体现在渗透调节和抗氧化两个方面。其中，随着干旱程度的增强，二、四倍体鄂川泡桐叶片和根的含水率均降低，复水后均回升。叶片和根的脯氨酸（Pro）含量、叶片的可溶性蛋白（SP）含量和可溶性糖（SS）含量整体上均呈现上升趋势，根SS呈现先升后降再升趋势，根SP呈现先升后降趋势；复水后，叶片的Pro、SS、SP均回落，根的Pro、SS、SP均继续上升。叶片和根的丙二醛（MDA）含量、过氧化氢（H2O2）含量、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性整体上均随着干旱程度的加深而升高，叶片和根的超氧阴离子（O2-）含量呈现先增后降的趋势；复水后，叶片和根的MDA、H2O2、CAT以及根的POD均回落，叶片的POD进一步上升，叶片和根的O2-进一步下降。在整个实验期间，四倍体鄂川泡桐叶片和根的含水率、Pro、SS、SP、H2O2、CAT、POD整体上均比二倍体鄂川泡桐高，MDA、O2-与之相反。说明四倍体鄂川泡桐在干旱条件下产生的渗透调节物质更多，有害物质更少，抗氧化系统更活跃，细胞受损伤程度更低。 （4）对代谢组数据进行差异分析，结果显示：二倍体鄂川泡桐、四倍体鄂川泡桐在干旱胁迫处理前后的差异代谢物质分别有 277 种和 225 种；在干旱胁迫处理前和干旱胁迫处理后鄂川泡桐二倍体和四倍体之间的差异代谢物质分别有316种和167种。对代谢组差异代谢物质进行KEGG分析，结果显示：二倍体鄂川泡桐干旱处理前后的差异代谢物质中有61种被注释到了以嘌呤代谢通路、氨基酸-tRNA的生物合成通路为首的76条代谢通路中；四倍体鄂川泡桐干旱处理前后的差异代谢物质有56种被注释到了以氨基酸-tRNA的生物合成通路、葡萄糖酸酯的生物合成通路为首的 58 条代谢通路中；干旱胁迫处理前鄂川泡桐二倍体与四倍体之间的差异代谢物有 66 种被注释到了以精氨酸的生物合成通路、D-氨基酸代谢通路为首的71条代谢通路中；干旱胁迫处理后鄂川泡桐二倍体与四倍体之间的差异代谢物有40种被注释到了以氨基酸-tRNA的生物合成通路、葡萄糖酸酯的生物合成通路为首的54条代谢通路中。 （5）筛选出鄂川泡桐与干旱胁迫响应相关的代谢物质97种。其中30种上调，67种下调，分布在氨基酸及其衍生物一级类别中的代谢物质最多；KEGG富集分析发现，有23种代谢物被注释到了以色氨酸代谢通路、托烷、哌啶和吡啶类生物碱的生物合成通路为首的35条代谢通路中。 （6）筛选出鄂川泡桐与不同倍性差异相关的代谢物质75种。其中41种上调、34种下调，分布在黄酮一级类别中的代谢物质最多；KEGG富集分析发现，有14种代谢物被注释到了亚油酸代谢通路、葡萄糖苷酸的生物合成通路为首的32条代谢通路中。
NETL