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高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)是一种冷季型草坪草,对于低温的耐受性相对较强,但是高羊茅的抗热性和抗旱性在草坪草中属于较差类型。华中地区高羊茅的越夏困难,如何提高高羊茅对高温和干旱的抗性具有重要的意义。褪黑素(MT)和油菜素内酯(BR)作为两种重要的生长调节物质,都可以促进植物的生长,增强植物的抗逆性。本研究中,利用MT和2,4-油菜素内酯(EBL)处理高羊茅材料,探讨MT和EBL对高羊茅生长状态、生理指标以及基因表达的影响。研究结果如下:1.高温处理实验中,8天苗龄的高羊茅材料用20 μM MT或0.1 μM EBL预处理2天,然后在38 ℃条件下进行处理6或12小时。结果表明,在高温处理以后,MT和EBL预处理的高羊茅材料展示出较低的电导率、MDA含量、活性氧含量,包括超氧阴离子(O2-)和过氧化氢(H2O2),但是较高的叶绿素含量、总蛋白质含量和抗氧化酶活性(包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶)。高温条件下MT和EBL预处理促进了高羊茅的生长,提高了植株的鲜重和植株高度。通过RNA seq分析发现,4311和8395个unigene在高温处理2和12h后在表达水平上发生明显变化。GO和代谢途径富集性分析发现,胁迫以及代谢相关的通路明显富集。与热胁迫相关的基因(如HSF,HSP,HSC)、DNA,RNA和蛋白质降解相关的基因(如Ribonuclease,DNA polymerase,protease,U-box,F-box)、能量代谢相关的基因、激素代谢或信号传导相关的基因(如ABA,BR,GA)等,都受到了高温胁迫的显著诱导表达。通过对高温显著诱导表达的基因,我们用qRT-PCR进行了进一步的分析。结果发现,部分高温诱导表达的基因,FaAWPM、FaCYTC-2、FaHSFA3、FaSHP18.2以及FaCML38受到MT和EBL处理的共同诱导,而FaF-box、FaHSFA6B和FaCYP710A基因,则受到MT和EBL处理的共同抑制。FaCRK8和FaHSFB2B基因,则是受到EBL的诱导,但是被MT抑制。研究结果表明这些基因有可能是MT或EBL的靶基因。因此高温对高羊茅的生理和基因表达水平有着广泛的影响,从而抑制了植物的生长。而MT和EBL则可以改善高温胁迫条件下高羊茅体内的生理状态、激活高温胁迫相关基因的表达,从而增强高羊茅的抗热性。2.我们同时对20 μM MT处理提高高羊茅抗旱性的逆境生理进行了研究。高羊茅的生长在干旱处理后明显放缓,植物高度变矮,鲜重降低。但是干旱条件下,MT预处理的材料株高和鲜重都高于对照水处理的材料。MT预处理降低了高羊茅材料干旱条件下的电导率、延缓了叶绿素的降解、增强了抗氧化酶的活性、降低了 ROS和MDA含量、减少了叶片水分散失并提高了叶片的水分含量。相关结果显示,MT处理可以影响高羊茅根的生长,减轻干旱胁迫对高羊茅的伤害,从而提高高羊茅对干旱胁迫的抗性。因此,褪黑素可以作为保护剂,减轻干旱对高羊茅的损伤。这些结果表明,高温和干旱条件影响了高羊茅的生长、生理代谢及基因的转录。外源MT和EBL处理可以改变高羊茅体内多种生理生代进程,降低胁迫条件下大量产生的活性氧,减轻脂膜过氧化,维持稳定的电导率,并增强抗逆相关基因的表达,从而提高高羊茅对高温和干旱胁迫的抗逆性。