沉水植物对水环境适应性的研究取得了一系列进展

来源：武汉植物园2021年12月16日08:17

水下环境和陆地环境在光照、水的可利用性、无机碳的形态和浓度等方面存在很大差异。这些环境参数与植物的光合作用和生长发育密切相关。面对水陆环境的差异，水生植物的形态结构、生理生化都发生了适应。中国科学院武汉植物园水生植物生物学学科组研究团队选择眼子菜作为研究材料，针对眼子菜的解剖结构、光合作用

水下环境和陆地环境在光照、水的可利用性、无机碳的形态和浓度等方面存在很大差异。这些环境参数与植物的光合作用和生长发育密切相关。面对水陆环境的差异，水生植物的形态结构、生理生化都发生了适应。

中国科学院武汉植物园水生植物生物学课题组选择眼子菜作为研究材料。针对这种水生植物的解剖结构和光合生理反应，利用转录组测序技术，从分子水平上进一步全面阐明了鹧鸪对两种不同生境的适应机制。研究表明，与沉水叶相比，光皮树气生根叶片较厚，角质和蜡质较多，气孔发达，耐强光能力较强，光化学效率较高。沉水叶具有更强的HCO3获取能力，合成更多的光合色素。气生叶和沉水叶的转录组测序和比较分析表明，许多差异表达基因富集在角质和蜡质生物合成、光合作用-触角蛋白、光合作用途径等代谢途径中。进一步阐明了该物种对水生和陆生生境的分子适应机制(图1)。本研究为进一步了解水生植物的适应性进化提供了基础和一些转录组信息资源。除了适应弱光之外，超过50%的沉水植物已经进化出使用碳酸氢盐作为备用无机碳源来应对水中CO2缺乏的能力。研究人员已经选择了可以使用HCO3-的植物(水獭属、密花水獭属、金鱼藻属)和不能使用HCO3-的卡波姆巴金鱼藻作为研究材料。通过ph漂移实验、光合释氧速率、氧抑制和光呼吸相关酶活性的测定，发现利用HCO3-可以有效提高沉水植物的光合释氧速率，降低氧抑制率，从而达到降低光呼吸的效果。说明HCO3-是降低沉水植物光呼吸的有效手段，提高沉水植物对水体碳环境的适应性，占据有利生态位(图2)。相关研究成果分别是淡水植物在水生和陆生环境中的生物适应机制和水生植物对碳酸氢盐的利用。发表在《环境和实验植物学》杂志上的《光合作用允许在低二氧化碳浓度下减少光呼吸》。

不同沉水植物对HCO3的利用机制会受到外界环境的影响。在对典型喀斯特地区的一条河流的研究中，武汉植物园的研究人员发现，河流上下游沉水植物的主要无机碳源由CO2转变为HCO3-，利用机制由胞外CA酶介导转变为阴离子通道介导(图3)。相关研究成果发表在《水生植物学》上，标题为“碳酸氢盐使用的不同机制影响喀斯特溪流中水獭皮和密齿苦草的碳同构成分”。

沉水植物利用HCO3-作为无机碳源时，会显著影响叶间水体的pH值，从而引发一系列连锁反应，如湖泊富营养化过程中铵和氮的增加，会随着pH值的增加而导致更强的毒性，武汉植物园的研究人员筛选了20多种能利用HCO3-并产生叶片极化、能利用HCO3-但不产生叶片极化、不能利用HCO3-进行铵的急性毒性实验的沉水植物。结果表明，叶片能否极化或能否使用HCO3-与植物叶绿素荧光指标对铵胁迫的响应有一定的交互作用，具体机制有待进一步验证(图4)。相关研究结果如下：叶片极性是否是氨氮对大型水生植物药害的一个原因：一个初步的微观研究？发表在《基础与语言学》杂志上。(100yiyao.com)

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