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干旱严重影响植物生长，狗牙根（Cynodon dactylon）应用中常面临干旱挑战。研究人员对比‘阳江’和‘关中’狗牙根在干旱胁迫下的形态、生理和转录组。结果发现‘关中’耐旱性更强，揭示了关键代谢途径和激素调控机制，为耐旱品种选育提供依据。
在全球气候变幻莫测的当下，水资源短缺的问题愈发严峻，干旱就像一场无情的 “绿色灾难”，肆意冲击着植物的生长 “防线”。植物们在这场与干旱的 “战斗” 中，有的顽强抵抗，有的则不堪一击。狗牙根，作为一种在全球广泛种植的暖季型草坪草，常常会在实际应用中遭遇干旱胁迫的 “侵袭”。不同品种的狗牙根对干旱的耐受能力差异巨大，然而，关于它们应对干旱的生理和分子机制，却像隐藏在迷雾中的宝藏，等待着科研人员去挖掘。为了揭开这层神秘的面纱，探索狗牙根耐旱的奥秘，东北农业大学的研究人员踏上了这场充满挑战的科研之旅。
研究人员精心挑选了耐旱性不同的‘阳江’和‘关中’狗牙根作为研究对象，通过一系列实验，深入探究它们在干旱胁迫下的形态、生理和转录组变化。这项研究成果发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》上，为狗牙根耐旱品种的选育点亮了一盏明灯，对提升草坪草在干旱环境中的适应性意义非凡 。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是模拟干旱处理，利用 10%（w/v）的聚乙二醇（PEG）-6000 溶液来模拟干旱环境，对狗牙根进行不同时长的处理。然后借助扫描电子显微镜（SEM）观察叶片表面形态；采用多种生化分析方法测定生理指标，如叶绿素含量、抗氧化酶活性等；运用转录组测序技术，分析基因表达变化，结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘关键基因模块和代谢途径；还通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测植物激素含量。
1. 叶片表面形态和木质素含量的差异
研究人员用扫描电子显微镜观察发现，‘关中’狗牙根的表皮毛和硅质乳突密度比‘阳江’更高。而且，‘关中’狗牙根的木质素含量比‘阳江’高出 16%。这表明‘关中’狗牙根在叶片结构上具有更好的耐旱基础，其特殊的叶片结构和较高的木质素含量有助于抵抗干旱。
2. 干旱胁迫下外观品质的变化
随着干旱时间的延长，两种狗牙根的颜色、萎蔫程度和鲜重都发生了变化。但‘关中’狗牙根在颜色、萎蔫程度等外观品质方面始终优于‘阳江’，这说明干旱对‘阳江’狗牙根的品质影响更大，而‘关中’狗牙根能更好地维持外观品质。
3. 干旱胁迫下光合作用活性和水分参数的变化
干旱胁迫显著降低了两种狗牙根的叶绿素含量，不过‘阳江’受影响更明显。在其他光合作用参数和水分参数方面，‘关中’狗牙根在干旱胁迫下也表现更优，比如其光系统 II 最大光化学效率（Fv/Fm）、净光合速率（Pn）等指标在干旱后期显著高于‘阳江’，相对含水量（RWC）也更高，水分利用效率（WUE）在干旱时有所增加，而‘阳江’则下降。这表明‘关中’狗牙根在干旱胁迫下能更好地维持光合作用和水分平衡。
4. 干旱胁迫下气孔特征的变化
干旱胁迫使狗牙根气孔关闭率上升，‘关中’狗牙根的气孔关闭率始终高于‘阳江’。同时，‘阳江’狗牙根的气孔密度显著大于‘关中’，且干旱对两者气孔密度影响不大。这意味着‘关中’狗牙根能通过更高的气孔关闭率减少水分散失，而较低的气孔密度也是其耐旱的一个因素。
5. 干旱胁迫下抗氧化代谢和渗透调节物质的变化
干旱胁迫导致两种狗牙根的过氧化氢（H2O2）和超氧阴离子（O2-）含量上升，但‘阳江’的含量更高。随着干旱时间延长，抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性和渗透调节物质（Pro、SP、SS）含量上升，且‘关中’狗牙根的这些指标始终高于‘阳江’。这说明‘关中’狗牙根清除活性氧的能力更强，能更好地维持细胞渗透平衡，保护细胞免受干旱损伤。
6. 基因共表达模块的鉴定
研究人员通过转录组测序和 WGCNA 分析，鉴定出 28 个基因模块。其中，绿松石模块是狗牙根响应干旱胁迫的关键模块，其基因主要富集在光合作用、氨基酸代谢、过氧化物酶体和植物激素信号转导等途径。这表明这些代谢途径在狗牙根应对干旱胁迫中起着重要作用。
7. 干旱胁迫下激素信号通路的变化
干旱胁迫导致狗牙根中生长素（IAA）、赤霉素（GA3）和玉米素核苷（ZR）含量下降，脱落酸（ABA）含量上升。在胁迫下，‘关中’狗牙根的 IAA 含量高于‘阳江’，ABA 含量低于‘阳江’。同时，两种狗牙根在激素信号通路相关基因的表达上也存在差异。这说明激素信号通路的调节在狗牙根耐旱机制中起着关键作用，‘关中’狗牙根通过调节激素水平和信号通路来更好地适应干旱环境。
研究结论和讨论部分指出，‘关中’狗牙根在叶片表面结构、抗氧化和渗透调节能力、光合作用维持等方面都表现出对干旱胁迫的适应性优势。转录组分析揭示了植物激素信号转导等关键代谢途径在狗牙根耐旱中的重要作用。不同激素在干旱胁迫下的变化及其信号通路的调节，影响着狗牙根的气孔运动、水分利用效率等生理过程，从而决定了其耐旱性。该研究为狗牙根耐旱品种的选育提供了坚实的理论基础，有助于推动草坪草在干旱地区的广泛应用和可持续发展，在农业和园林领域具有重要的实践指导意义。
