不同性別楊樹應(yīng)答低氮脅迫的生理學(xué)研究

李小冬，蔡 璐，張 瑜，王 茜，王小利*

(1.貴陽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 貴州省草業(yè)研究所，貴陽 550006；2.貴陽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 貴陽省生物技術(shù)研究所，貴陽 550006)

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不同性別楊樹應(yīng)答低氮脅迫的生理學(xué)研究

李小冬1，蔡 璐2，張 瑜1，王 茜1，王小利1*

(1.貴陽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 貴州省草業(yè)研究所，貴陽 550006；2.貴陽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 貴陽省生物技術(shù)研究所，貴陽 550006)

楊樹是林業(yè)研究領(lǐng)域的模式植物，其作為雌雄異株的代表植物之一，是研究性別差異導(dǎo)致的生理、基因表達(dá)以及表觀遺傳等熱門領(lǐng)域的重要研究對象。氮元素是植物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素，氮吸收及同化的機理，尤其是在同一種植物的不同性別中氮元素利用差異的機理研究還比較少。本文采用水培的方法對正常條件和低氮條件下雌雄楊樹的碳氮含量、光合作用效率及其參數(shù)、抗氧化酶活性，以及可溶性蛋白與游離氨基酸含量的變化進行研究。結(jié)果表明：在低氮條件下，植株碳含量增加，雌株比雄株對低氮更加敏感。總活性氧物質(zhì)(ROS)含量在雌雄單株中沒有顯著差異，但活性氧清除酶，如過氧化物酶(POD)、超氧化物岐化酶(SOD)、谷胱甘肽合成酶(GS)等，在雌株中的活性比雄株高?？扇苄缘鞍缀吭诖浦昱c雄株中沒有顯著差異，而氨基酸的組成與含量在雌雄單株間以及脅迫處理前后有顯著差異，天門冬氨酸(Asp)，絲氨酸(Ser)，以及精氨酸(Arg)等含量在雄株中較高，大部分游離氨基酸含量受低氮脅迫抑制，而蛋氨酸(Met)、亮氨酸(Leu)與絡(luò)氨酸(Tyr)等的含量基本不受影響。本研究主要從生理學(xué)角度分析了低氮脅迫條件下楊樹雌株與雄株的生理學(xué)差異，并對雌株比雄株對低氮脅迫敏感可能的機制進行了討論。

楊樹；低氮脅迫；抗氧化酶活性；游離氨基酸

0 引 言

氮元素是植物必不可少的生命元素之一，其不僅是氨基酸、核苷酸、葉綠素以及植物激素的必須組成元素，還參與碳氮平衡調(diào)控、氨基酸代謝與蛋白質(zhì)合成等重要生物學(xué)過程，在植物生長發(fā)育過程中起著舉足輕重的作用[1]。氮代謝途徑的紊亂對植物生長與形態(tài)建成造成不利影響，如影響植物根系發(fā)育、葉片葉綠素含量以及種子產(chǎn)量等[2]。在模式植物以及農(nóng)作物中，通過突變體或者組學(xué)分析的方法已經(jīng)鑒定了許多參與氮吸收以及氮合成的關(guān)鍵基因。這些關(guān)鍵基因的表達(dá)與外界可利用的氮元素的濃度水平存在一個負(fù)反饋調(diào)節(jié)：當(dāng)植物感知外界氮元素含量低，會上調(diào)這些基因的表達(dá)，反之則下調(diào)[3]。研究植物應(yīng)對低氮脅迫的生理與分子機制，對培育耐低氮脅迫的種質(zhì)資源具有重要的意義。

以往對非生物逆境脅迫的研究主要集中在雌雄同株的植物中，而對于雌雄異株植物的研究較少。雌雄異株植物總共約有14 000多種，只占到被子植物總數(shù)的6%，但是它們是陸地生態(tài)系統(tǒng)十分重要的組成部分[4]。因此，雌雄異株植物的不同性別對不利環(huán)境的適應(yīng)機理是研究的熱點。之前已經(jīng)針對雌雄異株的性別分化和優(yōu)化樹種選擇做了深入研究，并提出“生殖差異會導(dǎo)致性別特化與資源需求不同”的觀點[5-6]，最終對該種群生態(tài)系統(tǒng)的組成與穩(wěn)定性造成影響。楊樹是雌雄異株的模式植物之一，其雄株與雌株的生態(tài)分布常常具有空間的不一致性。雌株多分布在水肥條件好，而雄株多分布在干旱或營養(yǎng)比較缺乏的區(qū)域，這種現(xiàn)象在雌雄異株的植物中比較常見[7-8]。這種性別空間分布的隔離能夠滿足繁殖所需的性別需求同時減少種間競爭[9]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，木本植物中雌株應(yīng)對不利環(huán)境的耐受能力通常較差，往往比雄株更加敏感[10]。云南白楊的雌株和雄株在高鹽、干旱特別是高鹽與干旱協(xié)同處理時的表現(xiàn)有顯著的差異[11]；并且在高濃度的CO2條件下云南白楊的雄株比雌株的光合作用的效率更高[12]。類似的研究在其他楊樹品種中也有報道，在青楊中，雌株與雄株在應(yīng)對干旱[13]、紫外輻射與高濃度CO2[14]等不利條件時均表現(xiàn)顯著的性別差異。然而對于不同性別的楊樹應(yīng)對營養(yǎng)元素缺乏的研究還比較少，其生理、分子等機理還有待進一步闡明。本研究以美洲黑楊與速生楊雜交F1為實驗材料系統(tǒng)分析了雌株與雄株材料在低氮脅迫條件下的生理指標(biāo)變化，對解析雌雄異株植物應(yīng)對非生物脅迫反應(yīng)的應(yīng)答機理有重要意義。

1 研究方法

1.1 材料來源與生長條件

本研究采用的植物材料為一年齡的廣西南寧培育的楊樹品種，雄株為Nanlin1388，雌株為Nanlin985(都是北美黑楊與歐美速生楊的雜交品種，Populusdeltoides×Populuseuramericana)，分別將直徑為2 cm的兩個材料的枝條切成20 cm長的插扦種苗進行水培育，培養(yǎng)條件參考[15]，具體為光照16 h，黑暗8 h，生長溫度22℃，光照強度為230～300 μE/m2·s。

1.2 實驗處理及測定方法

1.2.1 水培以及低氮脅迫處理

培養(yǎng)方法參考Gan[16]等，并進行了修改，具體如下：將準(zhǔn)備好的插扦種苗分別置于Hoagland全營養(yǎng)培養(yǎng)液中(1.25 mM KNO3，1.25 mM Ca(NO3)2·4H2O，0.5 mM MgSO4·7H2O，0.25 mM KH2(PO4)，11.6 μM H3BO3，4.6 μM MnCl2·4H2O，0.19 μM ZnSO4·7H2O，0.12 μM Na2MoO4·2H2O，0.08 μM CuSO4·5H2O和10 μM Fe(Ⅲ)-EDTA，用HCl調(diào)整pH值到6.0)培養(yǎng)30 d。等插扦苗長出新根與新葉，將材料按雌株與雄株分成兩組，一組繼續(xù)在正常培養(yǎng)條件下培養(yǎng)，另外一組置于低氮培養(yǎng)基中進行脅迫培養(yǎng)(1.25 mM KCl，1.25 mM CaCl2，0.5 mM MgSO4·7H2O，0.25 mM KH2(PO4)，11.6 μM H3BO3，4.6 μM MnCl2·4H2O，0.19 μM ZnSO4·7H2O，0.12 μM Na2MoO4o2H2O，0.08 μM CuSO μ4·5H2O 和10 μM Fe(Ⅲ)-EDTA，用HCl調(diào)整pH值到6.0)，脅迫處理7 w，分別取雄株與雌株頂端往下的第3～4葉片液氮速凍，保存于-80℃冰箱，每個指標(biāo)樣品測定的重復(fù)數(shù)詳見對應(yīng)的測定方法。預(yù)培養(yǎng)與處理所用的水培容器為30 cm×20 cm×15 cm培養(yǎng)盒，每個培養(yǎng)盒水培4株，用于培養(yǎng)的苗木帶芽點，不帶長成的葉片。

1.2.2 碳氮含量的測定

取處理組與對照組楊樹葉片，80℃烘干至恒重，粉碎后用20目的篩子除去葉脈等，稱取1 g樣品測定總氮含量，采用杜馬式燃燒法測定(LECO FP-428 Deter-minator St.Joseph，MO，USA)，稱取1 g樣品測定總碳含量參考[17]，每個指標(biāo)測定6個生物學(xué)重復(fù)。

1.2.3 葉綠素含量測定

葉綠素含量的測定方法如下：以直徑為0.8 cm的打孔器分別對處理組與對照組的葉片進行打孔取樣，10個葉盤作為一個樣品，稱重后加入5 mL 80%的丙酮溶液進行萃取，分別測定663、646、470 nm萃取液的吸光值(Spectronic Genesys-5，Milton Roy，USA)，葉綠素a與葉綠素b的含量分別按照以下方法計算：Chlorophyll a = 12.21×OD663-2.81×OD646；Chlorophyll b = 20.13×OD646-5.03×OD663。每個指標(biāo)至少測3個生物學(xué)重復(fù)。

1.2.4 光合速率測定

葉片氣體交換與葉綠素?zé)晒獠捎肔i-6400(LI-COR Inc.，Lincoln，NE，USA)開放氣體交換系統(tǒng)進行測量。在人工氣侯室中，每天上午的8：00-11：30進行測量，光合作用以LED燈(6400-02)作為光源，強度為飽和光源(1 500 μE/m2·s)，葉片周圍CO2濃度為400±5 μmol/mol，葉片溫度控制在25℃，空氣濕度為50%，具體操作方法參考[18]，分別測定凈光合速率(Pn)，蒸騰速率(E)，細(xì)胞內(nèi)二氧化塘濃度(Ci)等指標(biāo)，每個指標(biāo)至少測3個生物學(xué)重復(fù)。

1.2.5 抗氧化酶活性測定

取100 mg新鮮葉片組織稱重，加入細(xì)胞裂解液或者PBS進行研磨。超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶(CAT)，谷氨酰胺合成酶(GS)等抗氧化酶等活性測定采用碧云天試劑盒(貨號依次為S0102，S0051與S0055)，過氧化物酶(POD)采用南京建成試劑盒(A084-3)，活性氧物質(zhì)含量(ROS)的測定采用博耀ROS ELISA測定試劑盒(BH8990)，ATP濃度的測定采用上海酶連生物的植物ATP ELISA試劑盒(ml091201)。所有生理指標(biāo)的測定參照試劑盒說明書進行，每個指標(biāo)測定3個生物學(xué)重復(fù)。

1.2.6 總蛋白以及氨基酸含量測定

稱取100 mg新鮮的低氮脅迫處理和對照材料葉片用液氮磨碎，用1 mL提取緩沖液(甲醇∶H2O=1∶1)超聲萃取30 min，靜置2 min，所有樣品在4 ℃ 13 000 g離心10 min，取其上清液用來測定可溶性蛋白和游離氨基酸含量。測定由北京艾米諾生物醫(yī)學(xué)研究中心完成，具體方法參考[19]，每個樣品測3個生物學(xué)重復(fù)。

1.3 統(tǒng)計分析與作圖

實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行分析，樣品差異顯著性分析采用t測驗，p<0.05被認(rèn)為是差異顯著，作圖采用Excel 2010 與PowerPoint 2010。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氮脅迫顯著影響了碳氮平衡

分別測定正常條件和低氮脅迫條件下雄株Nanlin1388和雌株Nanlin895中的總氮與總碳含量，結(jié)果顯示：無論在正?；虻偷{迫條件下，雌株碳含量要略高于雄株；同時，與正常條件相比，低氮脅迫減低植株碳含量，但差異沒有達(dá)到顯著水平(如圖1(a)所示)。在正常情況下，雄株與雌株的總氮含量沒有顯著差異；低氮脅迫后，雄株和雌株葉片的含氮量都顯著下降，且下降幅度基本相同，但在兩組材料中沒有顯著差別(如圖1(b)所示)。然而碳氮比發(fā)生顯著變化，在正常條件下，雄株的碳氮比為5.14∶1，雌株為5.75∶1；在氮脅迫條件下，雄株的碳氮比為8.79∶1，雌株為11.79∶1，因此，低氮脅迫顯著影響了植物碳氮平衡。

圖1 碳氮含量測定Fig.1 Detection of total carbon and total nitrogen 注：在正常條件(CK)與氮脅迫條件下(N-stress)總碳含量(a)與總氮含量測定(b)。雄株為Nanlin1388，雌株為Nanlin895。同一個圖中不同字母表示對照組與處理組之間差異水平為P<0.05。

2.2 葉綠素含量及光合作用效率的變化

在正常條件下，雄株總?cè)~綠素含量(TC)比雌株要低，但是葉綠素a與葉綠素b的比例在兩個材料間沒有顯著差異。低氮脅迫后，雄株和雌株的葉綠素含量都顯著下降，雌株下降幅度更大，但在兩個材料中沒有顯著差異(見表1)。測定光合速率相應(yīng)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，在正常情況下，雌株與雄株的凈光合速率(Pn)以及PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)在雄株與雌株材料中沒有顯著差異，而雄株的蒸騰效率(E)顯著高于雌株，雌株的細(xì)胞內(nèi)CO2濃度(Ci)以及氣孔導(dǎo)度(Cond)顯著比雄株要高。低氮脅迫后，雄株的的凈光合速率(Pn)顯著提高，而雌株顯著降低，PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)在雄株中基本維持不變，而雌株顯著下降。與對照組相比，低氮脅迫顯著降低了雄株與雌株的蒸騰速率(E)與氣孔導(dǎo)度(Cond)，其中，蒸騰速率在處理組的雄株與雌株中沒有顯著差異，而雌株的氣孔導(dǎo)度顯著比雄株高。低氮處理組雄株細(xì)胞內(nèi)的CO2濃度(Ci)顯著下降，而雌株不受影響，雄株比雌株擁有更高的光合效率，并且在低氮脅迫條件下差異更加顯著。

表1 葉綠素含量以及光合速率指標(biāo)測定Tab.1 Detections of chlorophyll content and photosynthetic parameters

注：同一列中不同字母表示雄株與雌株之間或處理組與對照組之間差異水平為p<0.05。

2.3 抗氧化酶活性的變化

植物在受逆境脅迫時常常會造成體內(nèi)活性氧等物質(zhì)含量發(fā)生變化，因此測定了處理組與對照組在活性氧含量以及多種抗氧化酶的變化。在正常條件下，雄株Nanlin1388的過氧化物酶(POD)含量顯著比雌株低，而其他生理指標(biāo)如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽合成酶(GS)等酶活，腺苷三磷酸(ATP)以及活性氧物質(zhì)(ROS)在雄株和雌株中都沒有顯著差別(如圖2(a)～(d)所示)。低氮脅迫誘導(dǎo)后，POD，GS的活性以及ATP含量顯著升高而細(xì)胞內(nèi)總活性氧物質(zhì)的含量在雌雄單株中都不受低氮脅迫的影響(如圖2(f)所示)。POD活性和ATP含量在雄株與雌株中沒有顯著差別，GS活性在雌株中誘導(dǎo)程度較低，而SOD則特異的在雌株中受低氮誘導(dǎo)表達(dá)(如圖2(b)所示)，CAT活性在雌株中被特異性抑制(如圖2(c)所示)。在正常條件下，抗氧化酶含量在不同性別的楊樹植株中沒有顯著區(qū)別(除POD)，在低氮脅迫調(diào)件下，雄株與雌株抗氧化酶含量的變化既有共性，也有相同性別特異性。

圖2 抗氧化酶活性與腺苷三磷酸和活性氧濃度測定。Fig.2 Detection of antioxidant enzymes activities and concentrations of ATP and ROS

注：CK：正常生長條件，N-stress：氮脅迫條件。雄株：Nanlin1388，雌株：Nanlin895。同一個圖中不同字母表示雄株與雌株之間或處理組與對照組之間差異水平為P<0.05。

2.4 可溶性蛋白與游離氨基酸含量的測定

在正常生長條件下，雄株與雌株可溶性蛋白的含量沒有顯著差異。低氮脅迫組中，可溶性蛋白的含量顯著下降，但在不同性別的楊樹中差異不顯著。采用液相質(zhì)譜分析葉片中游離氨基酸成分發(fā)現(xiàn)，在正常條件下，天門冬氨酸(Asp)、絲氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、蘇氨酸(Thr)、精氨酸(Arg)與苯丙氨酸(Phe)的含量在雄株中的含量顯著比雌株高，其他氨基酸的含量在雌、雄株中沒有顯著差異。低氮處理組中，大部分游離氨基酸的含量在雄株與雌株個體中都顯著下降，而苯丙氨酸、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)與絡(luò)氨酸(Tyr)的含量基本不受影響。組氨酸(His)的含量特異的在低氮脅迫的雌株中被抑制，纈氨酸(Val)的含量在雄株中被抑制。在檢測的氨基酸含量變化中，色氨酸(Trp)的含量受低氮脅迫的誘導(dǎo)，但在雄株與雌株中的差異不顯著(見表2)。因此，在正常水培條件下，雌株與雄株氨基酸組成具有一定的偏好性，而低氮脅迫顯著降低了氨基酸含量，在雄株和雌株中可能激活了不同的氨基酸代謝應(yīng)對低氮脅迫。

表2 可溶性蛋白與游離氨基酸成分分析Tab.2 Soluble protein and free amino acid concentration

注：每個測量都是3個生物學(xué)重復(fù)，Asp，天門冬氨酸；Glu，谷氨酸；Ser，絲氨酸；Gly，甘氨酸；Arg，精氨酸；Thr，蘇氨酸，Ala，丙氨酸；Pro，脯氨酸；His，組氨酸；Met，蛋氨酸；Val，纈氨酸；Cys，胱氨酸；Ile，異亮氨酸；Leu，亮氨酸；Phe，苯丙氨酸；Lys，賴氨酸；Tyr，絡(luò)氨酸；Trp，色氨酸。同一列中不同字母表示雄株與雌株之間或處理組與對照組之間差異水平為p<0.05。

3 討 論

楊樹是生長迅速的高大喬木，常常被人們種植用來生產(chǎn)木材、生物能源以及紙張，同時也是人工造林減少CO2的排放的候選植物[20]。然而楊樹多被種植在貧瘠的土地，面臨嚴(yán)峻的營養(yǎng)脅迫，關(guān)于楊樹在低氮條件下的生理以及基因表達(dá)變化的研究是一個重要的熱點。氮元素是植物生長發(fā)育中最重要的營養(yǎng)元素，能被植物直接利用的氮元素主要有銨態(tài)氮(NH4+)和硝態(tài)氮(NO3-)兩種，在植物細(xì)胞中對應(yīng)的存在AMTs與NRTs兩種不同的轉(zhuǎn)運子[21]。在三葉楊樹中，共存在14個AMTs，以及79個NRTs[22]，其中AMT1-1，AMT2-1，NRT1-1與NRT2-1可能在該過程中起重要作用，因為它們的表達(dá)受氮元素調(diào)節(jié)的幅度最大[23-25]。然而在楊樹中開展雌株與雄株對低氮脅迫的應(yīng)答機制的研究還比較少，本項目以北美黑楊與歐美速生楊的雜交品種為材料開展相關(guān)研究，為在其他品種(尤其是西南喀斯特地區(qū)的楊樹材料)中開展類似研究提供參考。

雌雄單株的碳氮平衡會受外源碳氮供給來源差異而表現(xiàn)出不相同[26]，以往的研究主要集中在高濃度CO2條件下，碳氮平衡的變化主要表現(xiàn)為氮元素含量的下降，并提出由于生物量的增加對氮元素的稀釋效應(yīng)[27]，以及高濃度CO2減少了氮元素在葉中的分配，增加了其在葉鞘和根中的分配等[28]等多種假說。而對于在低氮條件下，植物碳元素的變化，尤其是在雌雄異株植物中開展相關(guān)的研究還較少。在本文中，相同性別植株的含碳量在處理前后有下降趨勢，并且雌株比雄株含碳量略高，說明在楊樹中，氮元素供應(yīng)水平以及性別差異對碳代謝的影響較少，這種微小的變化差異可能主要受光合作用差異造成，因為碳氮平衡主要是通過谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶循環(huán)、卡爾文循環(huán)、三羧酸循環(huán)實現(xiàn)[29]。但兩個都沒有達(dá)到差異顯著水平，如圖1(a)所示，可能是由于處理時間不夠長或者統(tǒng)計樣本不夠多而不能顯示微小差異。

在正常條件下，雌株楊樹的葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度與細(xì)胞內(nèi)CO2濃度顯著比雄株高，但蒸騰速率比雄株低，說明雌株可能比雄株擁有更高的光合作用效率，這也可能是雌株體內(nèi)總碳含量比雄株略高的原因。在低氮脅迫條件下，雌株受到影響更大，葉綠素含量下降幅度比雄株大，盡管氣孔導(dǎo)度、細(xì)胞內(nèi)CO2的濃度比雄株高，但凈光合作用效率顯著比雄株低，這也與以往提出“雌株比雄株對不利環(huán)境更加敏感”的結(jié)論一致[10]。但是盡管低氮條件下，雄株與雌株的光合作用速率都不同程度下降，但總碳含量在處理前后的兩種材料中均沒有表現(xiàn)顯著差異，可能與選取幼嫩(3～4片葉)葉片為材料造成的，因為氮元素以及光合作用產(chǎn)物都能夠在植物中進行長距離運輸，植物可能會優(yōu)先保證幼嫩組織的營養(yǎng)供給，具體原因還有待于后續(xù)研究解答。

光合作用和呼吸作用是植物能量轉(zhuǎn)化最重要的兩個過程，在這個過程中常常伴隨大量的活性氧(ROS)的產(chǎn)生與清除，高濃度的活性氧往往對植物磷脂、蛋白以及DNA等造成不可逆的損傷[30]，最近的研究還發(fā)現(xiàn)活性氧物質(zhì)可以作為一種信號分子參與Ca2+、ABA等信號通路調(diào)節(jié)植物抗逆性[31]。而活性氧物質(zhì)在氮脅迫條件下不同性別的楊樹中的研究還比較少，在本研究中，無論在正?；虻偷{迫條件下，雌株細(xì)胞內(nèi)的總活性氧含量顯著低于雄株材料，這可能與兩者抗氧化酶活性有關(guān)，因為除了過氧化氫酶之外，其余功能酶在雌株的活性顯著高于雄株。此外，雌雄單株光合作用的效率也可能是抗氧化酶活性差異的主要原因，以往研究發(fā)現(xiàn)強光條件下，SOD、APX以及MDA還原酶的活性顯著增加[32]。

在雌株與雄株中，可溶性蛋白的含量沒有顯著差異，但都顯著受低氮脅迫抑制，這種差異可能是由可利用的游離氨基酸下降造成。氨基酸的組成和含量也會受不同脅迫而改變。在四球藻中，脯氨酸和谷氨酸的含量受低氮和鎘離子的誘導(dǎo)[33]。在小葉楊中添加銨態(tài)氮或硝態(tài)氮兩種不同形態(tài)氮元素作為氮源，其葉片中氨基酸的種類和濃度具有顯著差異，其中精氨酸、纈氨酸和谷氨酸的含量顯著受銨態(tài)氮含量的調(diào)節(jié)，而精氨酸和谷氨酸的含量主要受硝態(tài)氮的調(diào)節(jié)，其他氨基酸含量則沒有顯著區(qū)別[34]。在本研究中，天門冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸以及精氨酸等含量在雌雄材料中存在顯著差異，而苯丙氨酸、組氨酸、亮氨酸以及異亮氨酸等氨基酸的含量不受性別和低氮脅迫的影響，但是色氨酸的含量在低氮脅迫條件下含量特異性升高，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的機理還有待進一步研究。

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Physiological Study on Sexual Differences in Responseto Nitrogen Stress in Poplar Trees

Li Xiaodong1，Cai Lu2，Zhang Yu1，Wang Qian1，Wang Xiaoli1*

(1.Guizhou Institute of Prataculture，Guizhou Academy of Agriculture Scuence，Guiyang，Guizhou 550006；2.Guizhou Institute of Prataculture,Guizhou Academy of Agricultve Suience,Gui yang,Guizhou 550006)

Poplar tree is a model plant in forestry research.As The representative dioecious plant，poplar plays an important role in physiological，gene expression and derived epigenetic researches from sexual differences.Nitrogen is essential for plant growth and development，however，the mechanisms of nitrogen absorption and assimilation especially the nitrogen use efficiency in two different genders of one plant have not been well studied yet.In this study，a systematical examination of carbon and nitrogen content，photosynthesis efficiency and its parameters，the antioxidant enzyme activities as well as soluble protein and free amino acid concentrations were performed in male and female poplar trees under normal and nitrogen stress conditions.It was found that carbon content increased under nitrogen stress condition，and the female plants were more sensitive than the male plants.Total reactive oxygen species (ROS) concentration was insignificantly different between the male and female plants，but the activities of antioxidant enzymes，such as peroxidase (POD)，superoxide dismutase (SOD) and glutathione synthetase (GS)，were higher in female individuals than that in male ones.Soluble protein concentrations were similar in the two genders，while the amino acids content varied a lot in male and female individuals under the control and under the nitrogen stress conditions.Aspartic acid (Asp)，serine(Ser)，as well as arginine (Arg)，etc.were higher in male plants under normal condition；most of the free amino acids were suppressed by nitrogen stress except methionine (Met)，leucine (Leu) and tyrosine (Tyr)，etc.We mainly analyzed physiological difference between the female and male poplar plants under the normal and nitrogen conditions.A and the potential mechanisms were also discussed.

Poplar tree；Nitrogen stress；Antioxidant enzyme activity；Free amino acid

2016-04-19

農(nóng)科院自主創(chuàng)新科研專項(黔農(nóng)科院自主創(chuàng)新科研專項字[2014]010號)；貴州省聯(lián)合基金項目(黔科合J字LKN[2013]04號)；貴州省農(nóng)科院院專項基金(黔農(nóng)科院院專項[2013]003號)

李小冬，博士，副研究員。研究方向：植物生理與分子生物學(xué)。

*通信作者：王小利，博士，副研究員。研究方向：分子生物學(xué)與基因組學(xué)研究。E-mail：wangxiaolizhenyuan@126.com

李小冬，蔡 璐，張 瑜，等.不同性別楊樹應(yīng)答低氮脅迫的生理學(xué)研究[J].森林工程，2016，32(6)：24-29.

S 757.2

A

1001-005X(2016)06-0024-06