为了探究盐胁迫下密胡杨耐盐解剖结构特征、生理响应以及分子调控机制,本研究选用已在盐碱地推广种植的品种密胡杨为试验材料,以盆栽土壤基础含盐量0.49 g/kg作为对照(CK),另外设置200和400 mmol/L 2个Na Cl浓度梯度,共3个处理。在生长、生理响应基础上,对其进行转录组与代谢组分析。主要取得以下研究结果:1、盐胁迫条件下密胡杨根、茎、叶解剖结构发生与环境相适性的变化。在Na Cl处理条件下,密胡杨幼苗通过增加根次生韧皮部厚度、次生木质部厚度以及木质部导管孔径,茎皮层厚度、韧皮部厚度、木质部厚度以及髓直径和叶片厚度、栅栏组织厚度、栅海比以及叶片结构紧密度等结构参数来保持体内水分,进一步适应外界盐环境。2、NaCl处理条件下密胡杨幼苗的生长、生理特性发生显著变化,200 mmol/l Na Cl处理较CK显著提高了株高、地径、根长和生物量等生长参数,但平均叶面积较CK显著下降(P<0.05)。随Na Cl浓度的升高和胁迫时间的延长,400 mmol/l Na Cl处理条件下密胡杨幼苗各项生长参数均显著低于CK(P<0.05)。此外,与CK相比,Na Cl处理显著降低了密胡杨叶片相对含水量(RAdavosertib价格WC)和水势,且水势日变化呈现出早晚高中午低的趋势。Na Cl处理较CK显著降低密胡杨叶片气孔密度、叶绿素含量、净光合速率以及瞬时水分利用效率,但显著提高了胞间CO_2浓度(P<0.05)。同时,在不同盐分的影响下,胁迫加剧,相对电导率增大,渗透调节以及活性氧代谢也有一定的响应。与CK相比,400 mmol/L Na Cl处理显著增加了密胡杨叶片中丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量。随Na Cl浓度的升高,3种抗氧化酶活性呈现出先升高后降低的趋势。较CK相比,Na Cl处理显著增加密胡杨根、茎、叶中Na~+含量以及Na~+/K~+,但显著降低根、茎、叶中K~+含量。各器官Na~+含量总体表现为:叶>根>茎,K~+含量分布总体表现为:叶>茎>根,Na~+/K~+总体表现为:根>叶>茎。3、在对密胡杨耐盐生长、生理特性以及解剖结构研究的基础上,对Na Cl处理后的密胡杨幼苗进行转录组学分析。以|log_2(fold change)|≥1,padj≤0.05作为筛选标准,在密胡杨根、茎、叶中总共鉴定出41617个差异表达基因,其中21603个差异表达基因上调,20014个差异表达基因下调。差异基因GO富集分析发现,密胡杨根、茎、叶中的差异基因主要富集在生物过程中的“细胞碳水化合物代谢过程”和“细胞葡聚糖代谢过程”,细胞组分中的“质外体”和“细胞壁”以及分子功能中的“水解酶活性”以及“转移酶活性”等。KEGG通路富集分析结果显示,差异表达基因主要富集在“碳代谢”、“氨基酸的生物合成”、“植物-病原互作”等途径中。结合GO富集与KEGG富集分析结果,从根、茎、叶差异表达基因中筛选出“WRKY、NAC(NAM,ATAF1,2,CUC)、AP2/ERF、b ZIP”转录因子家族的“LOC105131256、LOC105124563、LOC10WPB biogenesis5129452、LOC105134637、LOC105112947”等一些可能与密胡杨耐盐性相关的高表达侯选基因。这些基因参与了密胡杨对盐胁迫的应答反应。4点击此处、由于差异表达基因在密胡杨根、茎中高度表达,所以本试验选取密胡杨幼苗根、茎共18个样品,分为6组进行代谢组研究。基于UPLC-MS/MS检测平台和自建数据库在密胡杨根、茎中共检测到1298个代谢物。以FC>2.0或FC<0.5、同时VIP>1.0及T-test的P value<0.05为筛选标准,在密胡杨根、茎中共筛选出差异代谢物583个,其中上调的有201个,下调的有251个。KEGG通路富集结果显示,密胡杨根、茎中的差异代谢物主要富集在“氨基酸的生物合成”、“次生代谢物的生物合成”、“ABC转运蛋白”、“类黄酮的生物合成”等代谢途径中。差异代谢物主要为氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、黄酮、有机酸、酚酸以及生物碱类物质,这些代谢产物可作为密胡杨耐盐特征代谢物。5、基于转录组代谢组联合分析,差异基因和差异代谢物共同富集到的通路主要为“氨基酸的生物合成”、“碳代谢”、“植物激素信号转导”、“ABC转运蛋白”以及“类黄酮生物合成”等代谢途径,这些代谢途径与密胡杨耐盐性密切相关。筛选出与转录组学关联程度最强的10个基因分别为LOC105115394、LOC105128125、LOC105115927、LOC105134725、LOC105124002、LOC105122358、LOC105112769、LOC105110065、LOC105120036、LOC105129277。对转录组学影响较大的前10个代谢物质分别为黄苷、胞磷胆碱、鸟苷3',5'-环单磷酸、尿苷5'-二磷酸、茉莉酰-L-异亮氨酸、磷酸烯醇式丙酮酸、胞苷-5'-单磷酸、蔗果四糖、花生酸(C20:0)以及水苏糖。这些代谢物均为氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质以及有机酸类物质。总体而言,NaCl处理改变了密胡杨根、茎、叶解剖结构特征,这是密胡杨响应盐胁迫的结构适应性机制。此外,密胡杨能通过降低叶片生长速度促进主根生长来适应外界盐环境。同时,密胡杨还可通过自身渗透物质调节、激素调节、水分调节、光合途径、蛋白质合成、离子分布以及活性氧清除等一系列生理途径来增强耐盐适应性。盐胁迫诱导与生理代谢相关的基因表达产生差异,这些差异基因主要涉及氨基酸的生物合成”、“碳代谢”、“植物激素信号转导”、“ABC转运蛋白”以及“类黄酮生物合成”。相关的差异代谢物主要包括氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、黄酮、有机酸、酚酸以及生物碱类等类物质。