皂角(Gleditsia sinensis)是苏木科皂荚属树种,对干旱条件具有一定的耐受性,已被用于医药,食品,保健,清洁用品和园林绿化。目前,水资源匮乏成了限制全球生态环境建设最关键的因素之一。干旱是影响北方地区皂角产业发展的非生物逆境因素,限制了皂角化学成分和生物量的积累。然而,鲜有报道集中在皂角对干旱响应的调控机制上。为了了解皂角的代谢基础,本研究通过对皂角幼苗施加不同强度的干旱胁迫,并将重度干旱胁迫的皂角样品进行复水,系统的研究了干旱胁迫及复水对皂角叶片的光合作用、抗氧化酶活性、初级代谢产物和酚类代谢物的影响,揭示皂角幼苗叶片对干旱胁迫的生理及代谢基础,为皂角抗旱的分子机制提供了有价值的信息。得到以下结论:(1)随着干旱胁迫强度的增加对皂角幼苗叶片造成了不同程度的损伤,抑制了皂角幼苗的生长。皂角幼苗叶片叶绿素含量及气体交换参数(Photo、Cond、Ci和Tr)均呈下降趋势,复水后光合作用得以恢复。说明干旱胁迫,降低了皂角幼苗的实际光合能力,造成了生物量的严重降低。(2)干旱胁迫下,皂角叶片中MDA含量以及四种抗氧化酶(SOD、POD、APX和CAT)活性随着胁迫强度的增加呈不同程度的上升趋势,复水后,叶片中的MDA含量显著降低,但未恢复至对照水平,抗氧化酶活性也未完全恢复到对照组水平。即皂角幼苗有一定的抗旱性,复水后皂角会有一定的补偿效应,但重度干旱会使植物组织受到不可逆伤害。(3)将样品分别使用基于GC-MS平台的全局代谢组学分析技术进行了分析。共鉴定出82种初级代谢物,其中有17种关键代谢物(7种糖和10种氨基酸)在干旱胁迫下表现出显着增加或减少,被认为是重要的代谢物(p<0.05和VIP>1)。大量的氨基酸和糖类的升高被认为参与了渗透调节,且部分补偿了干旱胁迫下的能量消耗,与抗性相关氨基酸和糖类代谢产物的生物合成满足了皂角幼苗营养生长和修复的高要求。(4)LC-MS鉴定出22种分类代谢物(p<0.05和VIP>1),分别为C6C1、C6C3和C6C3C6结构的酚类代谢产物,并对其参与干旱反应的特征进行研究。其中酚类化合物合成前体L-苯丙氨酸随着干旱胁迫程度的增加呈上升趋势,复水后显著恢复。部分酚类化合物含量上升,增强了植物抗氧化能力,抵消干旱胁迫所带来的的负面影响。但重度干旱条件造成部分酚类化合物合成受阻。综上所述,皂角幼苗对于干旱胁迫及复水的响应是由多种内部生理生化及代谢调控共同完成的。重度干旱会对皂角幼苗产生一定的伤害,造成生长和代谢受阻,皂角幼苗对于干旱胁迫虽具有一定的承受能力,但高强度的胁迫会对植物体本身造成不可逆的伤害。