能源作物荻在盐胁迫下的Na、K离子调控机理及燃烧值变化研究

The need for salt tolerance biofuel plants increase due to both the development of biomass energy industry and the saline soil utilization. Miscanthus sacchariflora is a choiceness biomass energy plant originated in China. It is also a salt tolerance plant and has extensive future as a biofuel plant in saline soil. Na+ toxicity and K+ imbalance are the main injury to plant under the salinity stress, but the mechanism of Na+ and K+ regulation was unclear in M.sacchariflora. The salt tolerance genotypes, intermediate genotypes and the salt sensitive genotypes of M. sacchariflora are selected based on the salt tolerance evaluation of more than 130 genotypes. The physiological mechanism of Na+ and K+ regulation will be discussed by means of Na+ and K+ selective absorption, transportation, distribution and transpiration regulation by stoma using different salt tolerance genotypes of M. sacchariflora. The profile of induced genes concerned Na+ and K+ regulation under salinity stress will be analyzed by cNDA-AFLP technic using the different salt tolerance genotypes. At the same time, the combustion characteristics regulation of the salt tolerance genotypes will be studied by analyzing the calorific value variation under the salt stress condition. The study will provide theoretical foundation for genetic improvement of salt tolerance, and salt tolerance related gene clone and the combustion characteristics regulation of the salt-tolerance genotypes in M.sacchariflora under salt stress condition.

生物质能源产业的发展和盐碱地开发利用均增加了对抗盐生物质能源植物的需求。荻是起源于我国的优良能源植物，具有较强的抗性，在盐渍化土壤上有较大的发展潜力。离子毒害（Na+）和相关重要营养元素（K+）的缺乏是盐胁迫对植物的主要伤害，荻在盐胁迫下的调控机制并不明确。本研究拟在已对130余份荻资源抗盐性进行鉴定的基础上，通过对荻不同抗盐类型材料在盐胁迫下的Na+、K+选择吸收、运输、分布以及植株蒸腾变化进行研究，从而明确其Na+、K+调控的生理机理；并基于cDNA-AFLP技术，对极端类型材料在盐胁迫下Na+、K+离子调控相关的基因表达状况进行研究，从分子层面分析其抗盐机理；同时研究在盐胁迫下不同调控措施对抗性材料地上部分燃烧值的影响，明确盐胁迫下提高荻燃烧值的调控措施。本项目研究将对荻抗盐性的遗传改良、抗盐基因的克隆以及盐胁迫下荻的栽培调控均具有重要的理论意义。

生物质能源产业的发展和盐碱地开发利用均增加了对抗盐生物质能源植物的需求。荻是起源于我国的优良能源植物，具有较强的抗性，在盐渍化土壤上有较大的发展潜力。离子毒害（Na+）和重要营养元素（K+）的缺乏是盐胁迫对植物的主要伤害，荻在盐胁迫下的调控机制并不明确。本研究拟对NaCl胁迫下荻不同极端类型材料的钠钾离子调控的差异、外源物质（离子通道抑制剂、生长调节剂、钾营养等）对盐胁迫下荻Na+、K+积累的影响以及基于cDNA-AFLP法的盐胁迫基因差异表达研究，以期解析荻的Na+、K+调控机制。同时分析盐胁迫下不同调控措施对抗性材料燃烧值的影响，明确盐胁迫下提高荻燃烧值的调控措施。.结果表明，荻能够通过根系限制Na+进入维管束、选择性转运K+而抑制Na+往地上部分运输、通过老叶隔离Na+等途径来调控体内的Na+、K+平衡，但是抗性材料具有更强的调控能力。通过离子通道抑制剂、生长调节剂和外源K处理表明，根系对Na+吸收的限制和选择性转运是重要的离子调控机制。盐胁迫下荻能够有效的控制气孔导度和蒸腾速率，从而减少盐离子在地上部分的积累，但抗性材料具有更高的气孔导度和光合效率，说明通过调节蒸腾流来减少叶片Na+积累不是荻离子调控的关键机制。基于所建立的荻cDNA-AFLP技术体系分析了不同抗盐性的材料在不同处理时间和部位的差异表达情况，并选择离子调控相关的4个基因进行了荧光定量RT-PCR 验证，发现盐胁迫显著诱导了根系中三个离子调控基因KT、NHX、VAP和NAC的表达，且抗盐型材料中上调的幅度明显高于盐敏感材料。而分析盐胁迫下不同调控措施对抗性材料燃烧值的影响表明，盐处理降低了荻不同部位的热值，可能与其体内离子积累有关。外源适当施用K（5-10 mM）和吲哚乙酸不仅能够相对提高材料的生物量而且能缓解盐处理对材料热值的减少，增加不同部位的热值。.通过本研究，解析了盐胁迫下荻进行Na+、K+调控的生理和分子机理，可以为其抗盐育种和盐碱地栽培管理提供依据，以服务于我国盐碱地区发展生物质能源植物产业。