纬度梯度下狗牙根叶片δ13C与基因表达对干旱胁迫的响应机制及其生态适应性研究

本研究针对全球变暖加剧干旱背景下植物水分利用效率(WUE)的调控机制，通过模拟55±5%、35±5%和25±5%土壤含水量梯度，系统解析了纬度梯度(22°35'N-36°18'N)狗牙根(Cynodon dactylon)的形态生理响应规律。研究发现高纬度种质通过上调CdL96/COP1基因表达增强抗旱性，叶片δ13C与纬度呈正相关，揭示了光合碳同位素分馏(△)与WUE的纬度适应策略，为选育抗旱草坪草提供分子靶点。

　　

随着全球气候变化加剧，干旱已成为限制植物生长的重要环境因子。作为广泛使用的暖季型草坪草，狗牙根(Cynodon dactylon)的干旱适应机制研究对节水型绿地建设至关重要。然而，不同纬度种质如何通过调节水分利用效率(WUE)和碳代谢适应干旱，其分子机制尚不明确。扬州大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，首次从纬度梯度视角揭示了狗牙根叶片碳同位素组成(δ¹³C)与基因表达的协同适应机制。

研究人员采集中国6个纬度带(22°35'-36°18'N)的野生狗牙根种质，通过控制土壤含水量(85±5%至25±5%)模拟干旱梯度，结合气体交换测量、稳定同位素质谱和qPCR技术，系统分析了形态生理指标与CdL96、COP1等关键基因的表达模式。

材料与方法
研究采用纬度梯度采样策略，样本覆盖100-130m海拔范围。通过LI-6400XT光合仪测定净光合速率(Pn)等参数，DELTA V质谱仪分析δ¹³C，qPCR检测脱水素(dehydrin)等基因表达。统计采用SPSS 26.0进行ANOVA和Duncan检验。

生长性状响应
表3数据显示，高纬度种质(Xinyang、Cixian)在严重干旱下株高(PH)增加28.8%，而低纬度种质(Zhongshan)降低26.5%。茎节直径(SD)在中等干旱下最大增长12.3%，体现高纬度种质的形态可塑性。

光合与WUE调控
图2揭示中度干旱(35±5%)时高纬度种质Pn提升15.7%，Ci/Ca比降低21.4%。δ¹³C值与纬度呈显著正相关(r=0.82，图7)，证实高WUE种质通过减少¹³C歧视(△)适应干旱。

分子机制解析
图8显示脱水素基因在低纬度(Zhongshan)表达量达对照的4.2倍，而高纬度种质特异性上调角质层合成基因CdL96(2.8倍)和光形态建成基因COP1(3.1倍)，表明纬度特异的抗旱策略分化。

讨论与意义
该研究首次建立狗牙根δ¹³C-纬度-基因表达的关联模型，揭示高纬度种质通过角质层增厚(CdL96)和气孔调节(COP1)实现双重抗旱。发现中度干旱(35±5%)为最佳生长阈值，为精准灌溉提供理论依据。提出的纬度适应性分子标记(dehydrin/CdL96)可用于抗旱育种，对气候变化下的草坪草适应性管理具有重要指导价值。