西北农林科大张一团队发现杨树生长的“氮”相思

渭河河漫滩种植杨树林与渭河提水保护工程

杨树适应性强，速生能力突出，是我国最大的生态绿化树种和分布最广的工业用材树种。也是重金属污染植物修复的重要树种。面对干旱、缺水和重金属污染，杨树如何在逆境中成为有用的树？自2015年以来，由西北农林大学青年教师张毅带领的科研团队一直在进行系统研究。研究发现，增加氮素营养对杨树耐旱和耐重金属胁迫具有重要作用。5月16日，该研究小组的众多成果之一发表在国际知名期刊《生态毒理学与环境安全》上。

由于西北干旱缺水地区有许多砂质土壤，储水量和储肥能力较差，夏季短期降水往往导致土壤中营养元素的流失。缺水和营养不良严重抑制了杨树的生长及其抗病虫害的能力。

"给它一些氮气，它就会摆脱困境."张毅介绍说，他们的研究小组发现，与低氮相比，适量氮的添加促进了杨树细根的生长，增加了木质部导管出现的频率，增强了木质部在干旱条件下的适应性发育，从而提高了干旱条件下的水力安全性。氮素增加了叶片中脱落酸、游离脯氨酸和类胡萝卜素的含量，促进了气孔的调节，提高了瞬时水分利用效率，增强了杨树的耐旱性。一些关键基因在适当的氮供应后被激活。这些基因包括激素信号转导成分、抗氧化酶生物合成基因、次级代谢，尤其是苯丙烷和类黄酮生物合成途径基因等。

在一些经济发达的地区，杨树经常被委以修复土壤重金属污染的重任。然而，这些地区大多是半湿润和潮湿的。杨树生长并不缺水，但对付强大的“污染敌人”往往超出我们的能力。该小组认为充足的氮供应可以给杨树力量。

此外，该团队的研究表明，在镉污染和低氮的双重胁迫下，杨树木质部的次生生长受到严重抑制，而在充足的氮素供应下，抑制作用得到部分缓解。在充足的氮素供应下，中度和重度镉污染下茎秆中镉的生物富集系数分别达到3.07和0.91，重度镉污染下茎秆中镉的积累达到164微克/株。充足的氮素供应增加了杨树茎中的激素和抗氧化物质水平，增强了抗氧化防御能力。同时，还促进了茎的次生生长和木质部的发育。这两个因素共同提高了杨树茎对镉的生物富集效率，促进了杨树对重金属污染土壤的生物修复。

此外，张怡泰还发现，氮素显著改变了杨树叶片的镉积累特性和抗性适应策略。当氮素充分供应时，随着镉污染时间和强度的增加，镉在叶片中的富集系数和积累量增加。在此过程中，叶绿素浓度和净光合速率没有显著下降，表明叶片保持了较强的耐镉性，这是由于叶片中内源激素、酶抗氧化物质和非酶抗氧化物质水平较高，以及多个抗氧化酶合成基因表达上调所致。

该团队的其他研究成果也发表在国际期刊上，如《生物医学中心植物生物学》、《环境与实验植物学》。相关研究得到了国家重点研发项目和学校人才引进启动项目的支持。

文章的相关信息:

doi.org/10.1016/j.envexpbot.2019.04.014

doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.05.031