西北农林科大张一团队发现杨树生长的“氮”相思

渭河河滩栽植的杨树林与渭河河提防护工程

 

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树种和工业用材树种，也是重金属污染植物修复的重要树种。在面对干旱缺水和重金属污染时，杨树如何能做到“逆境成材”？西北农林科技大学青年教师张一带领的科研团队，从2015年至今持续开展系统研究，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。5月16日，该研究团队多项成果之一的论文在国际知名期刊《生态毒理学和环境安全》（《Ecotoxicology and Environmental Safety》）上发表。

 

由于干旱缺水的西北地区多沙质土，其蓄水保肥能力差，夏季短时间的降水往往导致土壤中的营养元素流失。缺水再加上营养不良，杨树的生长和抵抗病虫害的能力就受到严重抑制。

 

“给点氮素它就会脱离困境。”张一介绍，他们的研究团队发现，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，这些基因包括：激素信号转导组分，抗氧化酶生物合成基因，次生代谢特别是苯丙烷和类黄酮生物合成途径基因等。

 

在一些经济较为发达的地区，杨树常被委以修复土壤重金属污染的重任。而这些地区多为半湿润和湿润地区，杨树生长不缺水，但应对强大的“污染之敌”往往力不从心。该团队研究认为，充分供氮能够给杨树以力量。

 

另外，该团队研究表明，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；同时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。

 

另外，张一他们还发现，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。

 

该团队的其他研究成果还先后发表于《BMC 植物生物学》（《BMC Plant Biology》）《环境和实验植物学》（《Environmental and Experimental Botany》）等国际期刊。相关研究得到了国家重点研发计划项目、学校引进人才启动项目等支持。

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