楸树适应干旱的生物学机制及基因型差异研究获新进展

国家林业和草原局政府网 http://www.forestry.gov.cn/2017-03-31来源:中国林科院
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  中国林业网3月31日讯  在自然环境下,干旱胁迫多以干旱-复水周期循环的形式存在。为了揭示重要珍贵用材树种楸树对干旱胁迫的适应机制,中国林科院林业所、林木遗传育种国家重点实验室与西北农林科技大学科技人员合作,从形态解剖和生理水平深入探讨了两个楸树基因型对干旱-复水周期循环过程的生理响应及基因型差异。
  研究发现,两个楸树基因型对周期干旱的生理响应存在共同点。两个基因型在周期干旱胁迫下生长均受抑制,这与它们的气体交换参数、净光合速率和瞬时水分利用效率(WUEi)在干旱下的降低有关。干旱后复水时,楸树的WUEi迅速增加,促进了其复水后的生长补偿。同时,两个楸树基因型叶片解剖结构和气体交换参数均在周期干旱胁迫下表现出适应性变化,栅栏组织厚度、栅栏/海绵组织比值、上表皮厚度都在干旱胁迫下显著增加,这有助于它们减少水分散失、更好适应干旱胁迫。干旱胁迫诱导了两个楸树基因型ABA和JA含量上升,同时游离脯氨酸、可溶性糖、谷胱甘肽含量也增加,这些形态和生理适应变化协同提高了楸树对周期干旱的适应能力。
  两个楸树基因型对周期干旱的生理响应不仅存在共性,也存在基因型特异性。与基因型1-3相比,基因型9-1对周期干旱的生理响应更为活跃和敏感,基因型9-1叶片解剖结构与根构型对干旱胁迫的适应程度比1-3更高;在周期干旱的早期阶段,基因型9-1内源ABA对干旱胁迫诱导更敏感,ABA、水杨酸及生长素在生物合成水平上表现出协同效应,而这种协同效应仅在基因型9-1中出现,具有基因型特异性;干旱胁迫下基因型9-1具有更高叶片δ13C及WUE,同时其可溶性糖含量也较高。这些生理过程协同作用,共同促进了基因型9-1在周期干旱下的气孔调控和耐干旱能力。主成分分析进一步表明周期干旱胁迫下两个楸树基因型均表现出与正常水分下显著不同的生理响应,而这些生理响应在两个基因型之间既有共性也存在显著差异,这是基因型9-1在周期干旱下适应能力较强、生长更好的重要原因。
  研究论文“Morphological and physiological responses to cyclic drought in two contrasting genotypes of Catalpa bungei”已被Environmental and Experimental Botany期刊发表(dx.doi.org/10.1016/j.envexpbot.2017.02.016),郑慧芳为第一作者,张一副研究员和王军辉研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家“十二五”科技支撑课题的资助。(中国林科院)