高臭氧胁迫下肯塔基早熟禾抗性品种的生理生化与分子机制解析

针对臭氧(O3)污染加剧对草坪草的危害问题，研究人员通过多组学联合分析，比较了肯塔基早熟禾抗性品种'Arcadia'与敏感品种'Action'在80 ppb EO3处理下的响应差异。发现抗性品种通过JA信号通路上调OPR/DOX基因、维持较高类黄酮含量等机制抵御氧化损伤，为选育抗O3草坪草品种提供理论依据。

　　

随着城市化进程加速，近地表臭氧(O₃)浓度持续攀升，已成为威胁植被健康的重要大气污染物。作为"草坪之王"的肯塔基早熟禾(Poa pratensis L.)在景观绿化中占据重要地位，但关于其应对O₃胁迫的分子机制研究几乎空白。以往研究多集中于农作物和树木，且对草坪草仅停留在生理响应层面。更棘手的是，不同品种对O₃的敏感性存在显著差异，这种差异背后的遗传基础亟待揭示。

浙江农林大学的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表的研究，首次从表型-生理-分子多维度解析了肯塔基早熟禾抗性品种'Arcadia'与敏感品种'Action'的O₃响应差异。通过80 ppb EO₃处理9天后发现，敏感品种表现出更严重的叶片可见损伤、叶绿素含量下降43%、净光合速率(P_n)降低51%，且H₂O₂和MDA(丙二醛)含量显著升高。显微结构分析揭示其气孔密度比抗性品种高27%，导致更多O₃进入叶片。

研究采用RNA-seq转录组测序、LC-MS代谢组学分析等技术，结合光合参数测定、显微观测等方法。样本来源于北京正道种业提供的种子，在温室培育后分为EO₃(80 ppb O₃)和NF(自然空气)两组处理。

【植物材料与实验处理】
通过预实验从6个品种中筛选出极端表型材料，标准化培养后采用动态熏气系统进行O₃处理，确保环境参数精确控制。

【叶片表型特征】
扫描电镜显示抗性品种气孔指数显著低于敏感品种(18.5% vs 25.3%)，且表皮细胞排列更紧密。这种结构差异可能是抗性形成的首道物理屏障。

【形态生理特征】
抗性品种在F_v/F_m(最大光化学效率)、qP(光化学猝灭系数)等叶绿素荧光参数上表现更稳定，维持了较强的ROS清除能力。

【分子机制】
转录组分析发现：1)抗性品种特异性激活JA信号通路(如OPR、DOX基因)；2)敏感品种通过MAPK-WRKY33级联反应上调谷胱甘肽代谢基因；3)代谢组显示抗性品种类黄酮含量比敏感品种高2.1倍，这些次生代谢物可能通过淬灭ROS发挥保护作用。

该研究首次绘制了草坪草O₃抗性的分子图谱，揭示气孔形态与JA信号通路协同作用的抗性机制。不仅为草坪草抗逆育种提供了OPR、DOX等关键靶点，更创新性地提出通过调控表皮细胞发育来降低O₃吸收的育种策略。在臭氧污染日益严峻的背景下，这项成果对城市生态建设具有重要实践价值。