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西北農林科大張一團隊發現楊樹生長的“氮”相思

作者:宋檢 時間:2022-12-08 來源:互聯網

楊樹適應性強、速生性突出,是我國面積*大、分布*廣的生態綠化樹種和工業用材樹種,也是重金屬污染植物修復的重要樹種。在面對干旱缺水和重金屬污染時,楊樹如何能做到“逆境成材”?西北農林科技大學青年教師張一帶領的科研團隊,從2015年至今持續開展系統研究,發現增加氮營養對于楊樹耐受干旱及重金屬脅迫具有重要作用。5月16日,該研究團隊多項成果之一的論文在國際知名期刊《生態毒理學和環境安全》(《Ecotoxicology and Environmental Safety》)上發表。

 

由于干旱缺水的西北地區多沙質土,其蓄水保肥能力差,夏季短時間的降水往往導致土壤中的營養元素流失。缺水再加上營養不良,楊樹的生長和抵抗病蟲害的能力就受到嚴重抑制。

 

“給點氮素它就會脫離困境。”張一介紹,他們的研究團隊發現,與低氮相比,適量氮素添加促進了楊樹細根的增生,增加了木質部導管發生頻率,增強了干旱下木質部的適應性發育,從而提高了干旱下水力學安全性;氮素增加了葉片脫落酸、游離脯氨酸和類胡蘿卜含量,促進了氣孔的調控,提高了瞬時水分利用效率,增強了楊樹耐干旱能力。部分關鍵基因在適量供氮后得到激活,這些基因包括:激素信號轉導組分,抗氧化酶生物合成基因,次生代謝特別是苯丙烷和類黃酮生物合成途徑基因等。

 

在一些經濟較為發達的地區,楊樹常被委以修復土壤重金屬污染的重任。而這些地區多為半濕潤和濕潤地區,楊樹生長不缺水,但應對強大的“污染之敵”往往力不從心。該團隊研究認為,充分供氮能夠給楊樹以力量。

 

另外,該團隊研究表明,在鎘污染-低氮雙重脅迫下楊樹木質部的次生生長受到嚴重抑制,其抑制在充分供氮下得到部分緩解。在充分供氮時,莖的鎘生物富集系數在中度、重度鎘污染下分別達到3.07和0.91,莖干鎘積累量在重度鎘污染下達到每株164微克 。充分供氮提高了楊樹莖內的激素及抗氧化物質水平,增強了抗氧化防御;同時也促進了莖干次生生長和木質部發育,這兩個因素共同增加了楊樹莖干對鎘的生物學富集效率,促進了楊樹對重金屬污染土壤的生物學修復。

 

另外,張一他們還發現,氮素顯著改變了楊樹葉片的鎘積累特征及抗性適應策略。在充分供氮時,隨著鎘污染時間和強度的增加,葉片對鎘的富集系數和積累量增加,此過程中葉綠素濃度及凈光合速率未顯著降低,表明葉片保持了較強的鎘耐受能力,這源于葉片內較高水平的內源激素、酶類抗氧化物質和非酶類抗氧化物質含量,以及多個抗氧化酶合成基因的上調表達。

 

該團隊的其他研究成果還先后發表于《BMC 植物生物學》(《BMC Plant Biology》)《環境和實驗植物學》(《Environmental and Experimental Botany》)等國際期刊。相關研究得到了國家重點研發計劃項目、學校引進人才啟動項目等支持。

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