程皓, 王友紹, 馬曉宇

1. 熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南海海洋研究所), 廣東 廣州 510301;

2. 中國科學(xué)院大亞灣海洋生物綜合試驗(yàn)站, 廣東 深圳 518121;

3. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州), 廣東 廣州 511458

紅樹林主要分布于熱帶和亞熱帶的河口、海灣和 潟湖中, 蘊(yùn)藏著豐富的生物資源。紅樹林在潮間帶有較為明顯的成帶現(xiàn)象, 隨著高程的增加, 紅樹林群落從白骨壤等先鋒物種, 逐漸過渡到以紅樹科植物為主的秋茄、木欖和紅海欖等群落, 再到相對(duì)陸生的半紅樹植物群落(林鵬, 2001; 王友紹, 2021)。被譽(yù)為“海岸衛(wèi)士”的紅樹林具有重要的生態(tài)價(jià)值,如生物固碳、水質(zhì)凈化以及防風(fēng)固堤等(王友紹,2019; Mai et al, 2022)。作為海陸交錯(cuò)帶的一類特殊生態(tài)系統(tǒng), 紅樹林易受到全球氣候變化和人類活動(dòng)的雙重威脅, 全球范圍內(nèi)紅樹林退化和消失的報(bào)道屢見不鮮(傅海峰 等, 2014; Lovelock et al, 2015)。為了扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì), 我國自20 世紀(jì)90 年代以來, 相繼在華南沿海開展了多項(xiàng)紅樹林恢復(fù)與重建計(jì)劃, 并取得了巨大成效 (范航清 等, 2017)。

水分條件是影響紅樹林分布與生長(zhǎng)的重要限制因子之一, 因?yàn)樗蜁?huì)直接阻礙土壤和大氣之間的氣體交換, 導(dǎo)致植物根系缺氧和呼吸代謝的紊亂(Cheng et al, 2015)。三羧酸(tricarboxylic acid, TCA)循環(huán)有氧呼吸(簡(jiǎn)稱TCA 呼吸)和無氧呼吸是植物呼吸代謝的兩種常見的呼吸代謝途徑(Armstrong et al,2019; Pan et al, 2021)。已有的研究結(jié)果表明, 缺氧條件會(huì)抑制黃瓜、桃樹和大麥等植物根系細(xì)胞的TCA 循環(huán)效率, 導(dǎo)致三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)生物合成受阻, 從而影響植物正常的生長(zhǎng), 甚至有可能引起植株死亡(He et al, 2015;Luan et al, 2018; Gu et al, 2021)。另外, 水淹厭氧脅迫下, 植物有可能啟動(dòng)無氧呼吸(如乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵), Zhang 等(2017)和Yin 等(2019)就曾報(bào)道水淹缺氧會(huì)誘導(dǎo)櫻桃樹和矮牽牛花無氧呼吸的上調(diào)。無氧呼吸可暫時(shí)減緩水淹脅迫所造成的ATP 匱乏,但無氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物在根系細(xì)胞內(nèi)聚集也可能對(duì)根系細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用(Loreti et al, 2016; Pan et al,2019)。了解紅樹植物呼吸代謝對(duì)水淹脅迫的響應(yīng)特征對(duì)于紅樹林的保護(hù)與造林有重要意義, 但目前有關(guān)水淹脅迫對(duì)植物呼吸代謝影響的相關(guān)研究主要集中在經(jīng)濟(jì)作物上(Loreti et al, 2016; 劉逸泠 等,2017), 僅有少數(shù)幾篇文獻(xiàn)探究了紅樹植物呼吸代謝對(duì)水淹脅迫的響應(yīng), 如Pezeshki 等(1997)和 Chen等(2005)曾報(bào)道水淹脅迫會(huì)誘導(dǎo)亮葉白骨壤、大紅樹和秋茄乙醇發(fā)酵的增強(qiáng); 陳思婷(2021)則報(bào)道了圍填海過程中高嶺土淤積會(huì)導(dǎo)致白骨壤指狀根氣孔被堵塞, 從而使白骨壤遭受低氧脅迫, 誘導(dǎo)指狀呼吸根乙醇發(fā)酵的增強(qiáng)以及細(xì)胞色素C 氧化酶活性上升。

紅海欖廣泛分布于華南沿海地區(qū), 是我國紅樹林修復(fù)主要常見造林樹種之一。為此, 本研究擬通過人工潮汐系統(tǒng)研究紅海欖幼苗根系呼吸代謝對(duì)水淹脅迫的響應(yīng), 以期為紅樹林的保護(hù)與恢復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和水淹處理

實(shí)驗(yàn)所用的紅海欖胚軸采摘于廣東省湛江市高橋鎮(zhèn)紅樹林保護(hù)區(qū), 胚軸經(jīng)高錳酸鉀溶液消毒、清水沖洗后種植在干凈河砂中, 以1/2 濃度的霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液澆灌。待幼苗長(zhǎng)出第三對(duì)葉后, 選擇長(zhǎng)勢(shì)一致、無病蟲害幼苗進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

利用人工配置10‰的氯化鈉溶液和人工潮汐系統(tǒng)裝置, 模擬不同潮汐水淹環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理組(每天水淹0、6、12 和18h), 每個(gè)處理組有3盆, 每盆4 株植物, 其中同一盆中的4 株植物各生長(zhǎng)或生理指標(biāo)的平均值視為一個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為兩個(gè)月, 溫室玻璃房的溫度為28±5℃, 光照條件約為300μmol·m–2·s–1。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后, 收獲植物并測(cè)定以下指標(biāo)。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 植物生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

水淹處理兩個(gè)月后, 收獲植物, 放置于烘箱烘干, 分別測(cè)定地下根系生物量以及地上莖葉的生物量, 并計(jì)算地下部分/地上部分的生物量比值。

1.2.2 ATP 含量測(cè)定

ATP 含量測(cè)定參考前人的方法(Mohanty et al,1993)。己糖激酶催化葡萄糖和ATP 合成6-磷酸葡萄糖, 6-磷酸葡萄糖脫氫酶進(jìn)一步催化6-磷酸葡萄糖生成還原態(tài)的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸, 該物質(zhì)在340nm 有特征吸收峰, 由此測(cè)定ATP 含量。利用試劑盒(BC0300, 索萊寶, 北京, 中國)測(cè)定紅海欖幼苗根系中ATP 含量。

1.2.3 TCA 呼吸速率測(cè)定

TCA 呼吸速率的測(cè)定采用丙二酸抑制法(Bouma et al, 2001), 取0.05g 植物根系(直徑1.5mm,長(zhǎng)度2～3cm), 均勻切成2mm 根段后, 轉(zhuǎn)移至離心管內(nèi)后加入1.5mL 磷酸鹽緩沖液(20mmol·L–1PBS, pH 6.8), 測(cè)量液體內(nèi)單位時(shí)間氧濃度的變化, 作為總呼吸速率。配置0. 5mol·L–1的丙二酸-磷酸緩沖液溶液用來抑制TCA 循環(huán), 將切好的根段轉(zhuǎn)移至丙二酸-磷酸緩沖液溶液中, 測(cè)量溶液中氧濃度的變化, 作為剩余呼吸速率。TCA 呼吸速率計(jì)算公式如下:

其中R是TCA 呼吸速率(μmol·min–1·g–1),1CΔ 和ΔC2是未加入和加入TCA 抑制劑時(shí)緩沖液中O2濃度的變化值,t是測(cè)試時(shí)間,W為根系的重量。

1.2.4 TCA 呼吸以及無氧呼吸關(guān)鍵酶活性測(cè)定

琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenas, SDH)和蘋果酸脫氫酶(malate dehydrogenase, MDH)是TCA循環(huán)的兩個(gè)關(guān)鍵限速酶, 分別催化琥珀酸和蘋果酸生成富馬酸和草酰乙酸; 乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase, ADH) 和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)所誘導(dǎo)的乙醇發(fā)酵和乳酸發(fā)酵則是植物無氧呼吸的主要方式, 為此, 本實(shí)驗(yàn)選擇了上述4 個(gè)呼吸代謝關(guān)鍵酶, 利用分光光度計(jì)法,測(cè)定植物根系A(chǔ)DH、LDH、SDH 和MDH 的活性, 所用試劑盒均由索萊寶提供(BC1080、BC0680、BC0950、和BC1040, 索萊寶, 北京, 中國)(Li et al,2020; Luo et al, 2020, 2021)。

1.2.5 乙醇和乳酸含量測(cè)定

乙醇和乳酸的提取與測(cè)定參考前人的方法(Good et al, 1993), 稱取0.5g 植株根系, 放入預(yù)冷的研缽中, 用預(yù)冷的1.6mL 0.6mol·L–1HClO4溶液提取,冰浴下研磨后靜置30min, 在4 ℃ 10000×g下離心10min, 移液槍取出上清液, 用3mol·L–1KOH 調(diào)pH至4.5, 放置15min, 在4 ℃ 10000×g下離心10min,上清液即為提取待測(cè)液。乙醇測(cè)定反應(yīng)混合液含有1mL 的 0.3mol·L–1K4P2O7(pH 9.0) 、 0.1mL 49mmol·L–1的 煙 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸、0.02mL 75KU·L–1的乙醛脫氫酶、1.4mL 蒸餾水、0.1mL 酶液, 混合均勻, 測(cè)定340nm 波長(zhǎng)的吸光值(A1), 用0.02mL 9000KU·L–1ADH 啟動(dòng)反應(yīng), 8min 后測(cè)定340nm 波長(zhǎng)吸光值(A2), 以兩次吸光值的差值(ΔA)計(jì)算乙醇含量。乳酸測(cè)定反應(yīng)混合液含有0.67mL的 0.77mol·L–1谷 氨 酸 緩 沖 液(pH 8.9)、0.1mL 24mmol·L–1的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸、0.05mL 780 KU·L–1的谷丙轉(zhuǎn)氨酶、1.96mL 蒸餾水、0.2mL 酶液,混合均勻, 25℃下水浴保溫10min, 測(cè)定340nm 波長(zhǎng)的吸光值(A1), 用0.02mL 550KU·L–1LDH 啟動(dòng)反應(yīng),20min 后測(cè)定340nm 波長(zhǎng)吸光值(A2), 以兩次吸光值的差值(ΔA)帶入公式計(jì)算乳酸含量。

其中C為乙醇或乳酸的含量(μmol·g–1),AΔ 是吸光值的變化,Va為反應(yīng)液的體積,Ve是總提取待測(cè)液的體積,ε是摩爾消光系數(shù),d是比色杯量程,Vm是實(shí)驗(yàn)所用的提取液體積,W為根系的重量。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

使用 SPSS(statistical product and service solutions, SPSS)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差, 通過單因素方差分析和最小顯著性差異檢驗(yàn)法比較樣本的組間差異(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅海欖對(duì)水淹脅迫的生長(zhǎng)響應(yīng)

紅海欖對(duì)水淹脅迫的生長(zhǎng)響應(yīng)如表1 所示。與對(duì)照組相比, 適度的水淹(如每天水淹6h)不僅不會(huì)抑制紅海欖幼苗的生長(zhǎng), 甚至還一定程度上促進(jìn)了紅海欖幼苗的生長(zhǎng)。但是隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 尤其是在每天水淹18h 處理組中, 紅海欖生物量顯著降低(P＜0.05)。另外, 隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖幼苗地下根系生物量的分配比例也顯著下降。

表1 水淹脅迫下紅海欖幼苗的生長(zhǎng)以及生物量Tab. 1 Growth and biomass yield of R. stylosa subjected to waterlogging, different letters indicated significant variations between groups at P＜0.05

2.2 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系A(chǔ)TP 含量的影響

紅海欖根系A(chǔ)TP 含量對(duì)隨水淹時(shí)間變化情況如圖1 所示。隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖根系A(chǔ)TP含量出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)(P＜0.05), 并在水淹18h 處理組中達(dá)到最低值。

圖1 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系A(chǔ)TP 含量的影響不同字母代表組間存在顯著性差異P＜0.05Fig. 1 Effect of waterlogging on ATP content in the roots of R.stylosa, different letters indicated significant variations between groups at P＜0.05

2.3 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系TCA 呼吸速率的影響

紅海欖幼苗根系TCA 呼吸速率對(duì)水淹脅迫的響應(yīng)如圖2 所示。隨水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖幼苗根系TCA 呼吸速率呈明顯的下降趨勢(shì), 且TCA 呼吸速率的最小值出現(xiàn)在每天水淹18h 處理組中。

圖2 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系TCA 呼吸速率的影響*代表與對(duì)照組有顯著性差異(P＜0.05)Fig. 2 Effect of waterlogging on TCA respiration rate in the roots of R. stylosa. * indicated significant differences with control at P＜0.05

2.4 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系乙醇和乳酸含量的影響

水淹脅迫對(duì)紅海欖根系乙醇和乳酸含量的影響如圖3a、b 所示。每天水淹6h 脅迫下紅海欖根系乙醇和乳酸含量與對(duì)照組無顯著性差異, 但隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖根系乙醇和乳酸含量均顯著增加(P＜0.05)。

圖3 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系無氧呼吸代謝產(chǎn)物的影響不同字母代表組間存在顯著性差異(P＜0.05)Fig. 3 Effect of waterlogging on anaerobic respiratory metabolites in the roots of R. stylosa, different letters indicated significant differences between groups at P＜0.05

2.5 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系呼吸代謝關(guān)鍵酶活性的影響

紅海欖根系TCA 呼吸關(guān)鍵限速酶隨水淹時(shí)間變化情況如圖4a、b 所示。結(jié)果表明, 水淹脅迫顯著降低了MDH 酶活性, 即便低強(qiáng)度的水淹(每天水淹6h)也會(huì)顯著降低紅海欖幼苗根系中MDH 酶活性。低強(qiáng)度的水淹(每天水淹6h)對(duì)SDH 活性無顯著影響, 但隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖幼苗根系中SDH 活性顯著降低。

圖4 水淹脅迫對(duì)紅海欖根系TCA 循環(huán)和無氧呼吸關(guān)鍵酶的影響誤差棒上不同字母代表組間存在顯著性差異(P＜0.05)Fig. 4 Effect of waterlogging on TCA and anaerobic respiration related enzymes in the roots of R. stylosa, different letters indicated significant variations between groups at P＜0.05

紅海欖根系無氧呼吸酶ADH 和LDH 活性對(duì)水淹脅迫的響應(yīng)如圖4c、d 所示。水淹脅迫, 尤其是長(zhǎng)時(shí)間的水淹脅迫, 顯著增加了紅海欖幼苗根系中ADH 和LDH 活性。另外還發(fā)現(xiàn), ADH 的活性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LDH 的活性。

3 討論

盡管紅樹植物具備一定的耐淹能力, 但本研究的結(jié)果表明過度的水淹仍會(huì)直接抑制紅海欖幼苗的生長(zhǎng)。本研究中紅海欖幼苗生物量最大值出現(xiàn)在每天水淹6h 處理組中, 其結(jié)果表明適宜的潮汐生境對(duì)紅海欖幼苗的生長(zhǎng)至關(guān)重要, 至于紅海欖最優(yōu)水淹時(shí)間則還需更進(jìn)一步的研究。隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng),紅海欖幼苗的生長(zhǎng)明顯受到抑制(表1)。已有的研究結(jié)果(葉勇 等, 2007; 廖寶文 等, 2010; 代捷 等,2020)表明, 紅樹植物并不能忍受持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的水淹,過度的水淹同樣會(huì)直接抑制白骨壤、秋茄和木欖等紅樹植物正常的生長(zhǎng)。

氧氣在水中的擴(kuò)散速率約為在空氣中的萬分之一, 因此潮汐淹水會(huì)阻礙土壤和大氣之間的氣體交換, 導(dǎo)致紅樹林底泥的缺氧(Bailey-Serres et al, 2012;Cheng et al, 2020a, b)。關(guān)于植物對(duì)水淹脅迫的適應(yīng)機(jī)制, 目前有生活史策略與能量分配、結(jié)構(gòu)適應(yīng)以及代謝適應(yīng)三種主流的觀點(diǎn)。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中,一些植物可以通過調(diào)節(jié)生命周期的長(zhǎng)短來避免水淹傷害, 這類植物的特點(diǎn)是生命周期短, 在夏季洪水來臨之前就完成了生殖生長(zhǎng), 以種子的形式埋藏在土壤中以躲避水淹(Warwick et al, 2003)。減少地下根系生物量分配比例也是植物對(duì)水淹脅迫的一種適應(yīng)策略(劉逸泠 等, 2017; Fujita et al, 2021), 本研究也發(fā)現(xiàn)水淹脅迫會(huì)降低紅海欖幼苗地下根系生物量/地上莖葉生物量的比值(表1)。地下根系生物量分配比例的降低將有助于減少根部的需氧和呼吸消耗,而地上部分分配比例的增加將擴(kuò)大與大氣的接觸面積, 所有這些都能一定程度上幫助植物適應(yīng)水淹缺氧生境(Cheng et al, 2015)。結(jié)構(gòu)適應(yīng)則主要強(qiáng)調(diào)通氣組織的作用, 通氣組織是指皮層細(xì)胞凋亡后所形成的空腔, 普遍存在于濕地植物根系中, 其形成有助于氧氣向根系的傳輸, 緩解水淹厭氧傷害(Armstrong et al, 2019; Cheng et al, 2020b; Pedersen et al, 2021)。

本研究則首次研究了紅海欖幼苗根系呼吸代謝對(duì)水淹脅迫的響應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)紅海欖根系TCA 呼吸速率以及ATP 產(chǎn)能效率對(duì)水淹缺氧十分敏感, 即便是每天水淹6h 也會(huì)顯著降低紅海欖根系TCA 呼吸速率和ATP 產(chǎn)能效率(圖1、2)。有趣的是, 每天水淹6h 處理對(duì)紅海欖幼苗的生長(zhǎng)基本無負(fù)面影響, 其原因可能是因?yàn)? 非水淹周期內(nèi)紅海欖幼苗的生理代謝可能會(huì)部分恢復(fù), 以維持植物正常的生長(zhǎng)(Shingaki-Wells et al, 2014; Borella et al, 2019)。但隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖TCA 呼吸和ATP 生成進(jìn)一步受阻, 這將會(huì)抑制根系正常的生理活動(dòng)以及對(duì)養(yǎng)分和水分吸收, 導(dǎo)致植物的生長(zhǎng)和生物量的顯著降低(Wang et al, 2019; Cheng et al, 2020a; Fujita et al,2021)。另外, 我們還發(fā)現(xiàn)紅海欖幼苗根系SDH 和MDH 活性在水淹脅迫下呈明顯的下降趨勢(shì)(圖4)。TCA 循環(huán)是碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)分解代謝的共同通路, 是ATP 合成的主要途徑, 其中SDH 和MDH 是TCA 循環(huán)過程中兩個(gè)關(guān)鍵限速酶(Miro and Ismail, 2013; Jiang et al, 2020)。SDH 是TCA 循環(huán)過程中唯一的一個(gè)位于線粒體內(nèi)膜上的酶, 是氧化磷酸化和電子傳遞的樞紐之一, 已有的研究結(jié)果表明,厭氧環(huán)境不利于SDH 催化琥珀酸生成富馬酸, 另外,糖酵解代謝產(chǎn)物丙酮酸的積累還會(huì)進(jìn)一步抑制SDH與琥珀酸的結(jié)合, 導(dǎo)致TCA 循環(huán)效率的下降(Li et al, 2020)。MDH 則催化了TCA 循環(huán)過程中的最后一次脫氫反應(yīng), 伴隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)以及MDH 活性的下降, 這將會(huì)阻礙草酰乙酸的再生, 迫使TCA循環(huán)中斷, 抑制線粒體ATP 合成(Bailey-Serres et al,2012; Pan et al, 2021)。

相反, 紅海欖幼苗根系細(xì)胞無氧呼吸關(guān)鍵酶(ADH 和LDH)的活性則在水淹脅迫下呈上升的趨勢(shì)(圖4)。張艷婷 等(2016)也曾報(bào)道水淹脅迫會(huì)顯著增加“中山杉118”根系A(chǔ)DH 和LDH 酶的活性。無氧呼吸的增強(qiáng)可能是植物對(duì)水淹厭氧脅迫的一種適應(yīng)策略, 在TCA 循環(huán)受阻的情況下維持糖酵解的繼續(xù)進(jìn)行, 為植物提供暫時(shí)和短期的ATP 能量供給(Pan et al, 2021)。已有的研究結(jié)果表明水稻根系在水淹脅迫下的替代呼吸途徑有丙酮酸-乙醇、丙酮酸-乳酸及丙氨酸發(fā)酵途徑, 其中通過糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸中約有92%被用于丙酮酸-乙醇途徑, 僅7%與1%的丙酮酸被分別用于丙酮酸-乳酸與丙氨酸發(fā)酵途徑(Miro et al, 2013)。本實(shí)驗(yàn)中, 紅海欖幼苗根系內(nèi)ADH 活性要顯著高于LDH 活性(圖4), 表明紅海欖受到水淹脅迫時(shí)同樣主要以丙酮酸—乙醇途徑作為主要的無氧呼吸替代途徑。值得注意的是, 無氧呼吸的ATP 產(chǎn)能效率遠(yuǎn)不如TCA 呼吸(Loreti et al,2016; Jiang et al, 2017), 不能完全補(bǔ)償TCA 呼吸受阻所導(dǎo)致的ATP 產(chǎn)能效率的下降。另外, 無氧呼吸的增加會(huì)導(dǎo)致無氧發(fā)酵產(chǎn)物在植物體的積累。從圖3 可以發(fā)現(xiàn), 過度的水淹會(huì)顯著增加紅海欖幼苗根系中乙醇和乳酸的含量。乙醇和乳酸均有一定的毒性, 能損傷線粒體結(jié)構(gòu)、破壞蛋白結(jié)構(gòu)并加劇膜脂傷害等(Tamang et al, 2014; Xu et al, 2016; Wang et al,2019)。但目前尚未開展乙醇和乳酸對(duì)紅樹植物毒害作用的相關(guān)研究, 另外, 隨著現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展, 一些紅樹植物已完成了全基因組測(cè)序, 紅樹植物對(duì)水淹脅迫的代謝響應(yīng)及其分子調(diào)控機(jī)制也值得進(jìn)一步研究(王友紹, 2019; He et al, 2019)。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過人工模擬潮水系統(tǒng), 首次探究了水淹脅迫對(duì)紅海欖幼苗根系呼吸代謝的影響。與對(duì)照相比, 每天淹水6h 對(duì)紅海欖幼苗的生長(zhǎng)影響不大,但隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng), 紅海欖幼苗的生物量顯著降低。我們還發(fā)現(xiàn)水淹脅迫會(huì)顯著抑制紅海欖幼苗根系琥珀酸脫氫酶和蘋果酸脫氫酶活性, 導(dǎo)致三羧酸循環(huán)有氧呼吸速率降低。無氧呼吸關(guān)鍵酶(乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶)活性以及無氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物(乙醇和乳酸)含量在水淹脅迫下則呈上升趨勢(shì), 但是無氧呼吸的增強(qiáng)尚不足以補(bǔ)償三羧酸循環(huán)受阻所導(dǎo)致的三磷酸腺苷產(chǎn)能效率下降。研究結(jié)果還進(jìn)一步表明, 水淹缺氧條件下丙酮酸—乙醇途徑是紅海欖主要的無氧呼吸替代途徑。本研究將有助于更好地了解紅樹植物對(duì)水淹脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)特征, 為紅樹林的保護(hù)與修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。