西北农林科技大学发现杨树生长的“氮”相思

发布时间:2019-07-03 09:22 来源:中国科学报 作者:靳军 张行勇

杨树适应性强、速生性突出,是我国面积最大、分布最广的生态绿化和工业用材树种,也是重金属污染植物修复的重要树种。西北农林科技大学青年教师张一带领的科研团队,发现增加氮营养对于杨树耐受干旱及重金属胁迫具有重要作用。相关成果发表于《生态毒理学和环境安全》。

张一研究团队发现,与低氮相比,适量氮素添加促进了杨树细根的增生,增加了木质部导管发生频率,增强了干旱下木质部的适应性发育,从而提高了干旱下水力学安全性;氮素增加了叶片脱落酸、游离脯氨酸和类胡萝卜素含量,促进了气孔的调控,提高了瞬时水分利用效率,增强了杨树耐干旱能力。部分关键基因在适量供氮后得到激活,包括激素信号转导组分、抗氧化酶生物合成基因等。

研究表明,在镉污染—低氮双重胁迫下杨树木质部的次生生长受到严重抑制,其抑制在充分供氮下得到部分缓解。在充分供氮时,茎的镉生物富集系数在中度、重度镉污染下分别达到3.07和0.91,茎干镉积累量在重度镉污染下达到每株164微克 。充分供氮提高了杨树茎内的激素及抗氧化物质水平,增强了抗氧化防御,也促进了茎干次生生长和木质部发育。这两个因素共同增加了杨树茎干对镉的生物学富集效率,促进了杨树对重金属污染土壤的生物学修复。

研究还发现,氮素显著改变了杨树叶片的镉积累特征及抗性适应策略。在充分供氮时,随着镉污染时间和强度的增加,叶片对镉的富集系数和积累量增加,此过程中叶绿素浓度及净光合速率未显著降低,表明叶片保持了较强的镉耐受能力,这源于叶片内较高水平的内源激素、酶类抗氧化物质和非酶类抗氧化物质含量,以及多个抗氧化酶合成基因的上调表达。

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