5個構樹地方品種耐寒性狀研究

王 乾，楊 亮，胡艷敏，王曉琴，沈世華

(1.北京農學院 生物科學與工程學院，北京 102206；2.北京市中關村中學，北京 100086； 3.中國科學院植物研究所 北方資源植物重點實驗室，北京 100093；4.中國科學院大學 生命科學學院，北京100049；5.北京農學院北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協同創(chuàng)新中心，北京 102206)

構樹(Broussonetiapapyrifera)屬于?？茦媽?，別名楮桃樹、大構等，是中國重要的鄉(xiāng)土樹種資源，雌雄異株，多年生落葉喬木，全株富含乳汁；葉卵形，裂片極不規(guī)則，邊緣有粗鋸齒，葉片密被柔毛[1]，具有非常重要的經濟和生態(tài)價值。

構樹在中國的分布范圍極其廣泛[2]，在漫長的進化過程中，不同地域的構樹在表型以及生理方面形成了一定的差異。中國冬天南北方溫差很大，因此南方的優(yōu)良品種很難在北方過冬，種植范圍也受到了很大限制。低溫耐抗性直接關系到構樹在全國的推廣和種植。

植物具有一系列的生理適應機制，在低溫應答的過程中有很多的酶、轉錄因子、信號分子、蛋白質等參與其中[3，4，5]。隨著深度測序技術、質譜技術和生物信息學技術的發(fā)展，一些新的冷脅迫相關的基因、蛋白質被檢測挖掘，為闡明低溫應答分子機制提供了新的思路和方向。近年來，全基因組關聯分析越來越多地應用于挖掘復雜性狀的關鍵基因，為研究構樹的低溫應答網絡機制提供了方向。在水稻[6]、玉米[7，8]等植物中已經驗證了利用全基因組關聯分析的方法研究植物的耐寒性是快速有效地，可以在最短的時間內找到低溫應答的關鍵基因，為網絡機制的分析和耐寒性狀的改良提供有力的數據支撐。

低溫性狀是多基因影響的復雜性狀，對單個基因進行研究不能解決根本問題的考慮。通過資源圃的建立、越冬過程中不同地區(qū)構樹表型性狀的觀察統計，篩選可以用于后期全基因組關聯分析的抗寒指標，為挖掘構樹響應低溫過程中的關鍵基因、培育耐低溫構樹提供表型數據。基于此，以5個越冬存活率不同的構樹地方品種為試驗材料，進行的耐寒性研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從北京市海淀區(qū)香山公園、河北省保定市、江蘇省南京市中山陵公園、貴州遵義市湄潭縣和云南省西雙版納勐侖鎮(zhèn)(表1)收集而來的構樹地方品種，種子萌發(fā)后定植于北京順義種質資源圃中，采取完全隨機區(qū)組設計，每種源重復50株，株行距3 m×2 m，常規(guī)撫育。試驗所用構樹均為一年生構樹，秋季溫室萌發(fā)練苗后，來年6月份定植于資源圃中，不同種源的構樹同時萌發(fā)、練苗、定植，生長環(huán)境完全一致。

表1 樣品采集地信息Tab.1 Details of sample collection

1.2 試驗方法

在芽組休眠前剪取構樹枝條頂端向下20、20～40、40～60 cm的枝條段,去除葉片，稱取枝條鮮重，然后將枝條在80 ℃烘箱中烘干，計算含水量。

在芽組休眠前截取不同地區(qū)構樹枝條頂端向下10 cm處的薄片，利用間苯三酚染色后，體視顯微鏡下觀察拍照，計算木質部長度占橫截面半徑的比例以及木質部面積占橫截面積的比例。

在芽組休眠前截取不同地區(qū)構樹枝條頂端向下20 cm的枝條段，充分研磨至粉末狀，采用范氏測定法測定酸性洗滌木質素[9](ADL)含量。每個樣品3次重復。

2 結果與分析

2.1 5個構樹地方品種秋季休眠前枝條含水量分析

含水量測定結果發(fā)現枝條頂端向下含水量不斷減少，越幼嫩的部位含水量越高。北京和河北的構樹枝條含水量低于江蘇、貴州和云南的構樹枝條含水量(如圖1所示)，越冬前休眠的過程中，北方來源的構樹停止生長，枝條含水量迅速降低，順利進入休眠，所以北方來源的構樹低溫耐抗性強于南方來源的構樹。

圖1 5個構樹地方品種枝條頂端向下不同部位含水量Fig.1 The water content of shoot top part in five local varieties of B. papyrifera

2.2 5個構樹地方品種秋季休眠前枝條木質部染色分析

木質部染色分析結果顯示，北京和河北的構樹枝條木質部長度占橫截面半徑的比例高于江蘇、貴州和云南的構樹枝條，木質部面積占橫截面面積的比例也高(如圖2、圖3所示)。這說明北京和河北的構樹枝條木質化程度更高，可能是由于其進入休眠更加快速，在休眠的過程中含水量快速降低、木質化程度快速提升，以抵抗寒流。

圖2 5個構樹地方品種枝條木質部染色Fig.2 The Xylem staining of shoot in five local varieties of B. papyrifera

圖3 5個構樹地方品種枝條木質部占橫截面的比例Fig.3 The proportion of xylem in cross section of branches in five local varieties of B. papyrifera

2.3 5個構樹地方品種秋季休眠前枝條木質素含量測定結果

通過對枝條頂端幼嫩部分的木質素含量進行測定，發(fā)現北京和河北的構樹枝條木質素含量高于江蘇、貴州和云南的構樹(圖4)，枝條的木質素含量與植株的低溫耐抗性緊密相關，枝條在休眠過程中的木質化可以提升植株對低溫的耐抗性。

圖4 5個構樹地方品種枝條頂端20 cm木質素含量Fig.4 The lignin content in shoot top part of twenty cm in five local varieties of B. papyrifera

3 討 論

通過對全國5個構樹地方品種種質資源的收集整理，建立了種質資源圃，試驗基地的構樹北方來源的構樹全部可以安全越冬，南方來源的構樹基本枯死，中部來源的構樹地上部分會抽干，來年基部萌芽。本文作者統計分析了不同地區(qū)來源的構樹越冬過程中的含水量、木質素含量以及木質部占橫截面的比例。發(fā)現在越冬前休眠的過程中，北方來源的構樹木質部占橫截面的比例更高，枝條含水量低于南方來源的構樹，木質素含量高于南方來源的構樹，而枝條含水量和木質素含量直接影響植株的耐寒性，導致南方地區(qū)的構樹在北方不能正常越冬，發(fā)生抽干或枯死現象。南北方構樹在越冬的過程中對低溫的抵抗能力有顯著的差異，主要表現在枝條含水量、木質素含量以及木質部占橫截面的比例，這些指標可以作為不同地區(qū)構樹耐寒性的主要指標用于后續(xù)的GWAS分析，為挖掘構樹耐寒性相關候選基因提供重要的表型數據。