全 文 ：第 v{卷 第 v期
u s s u年 x 月
林 业 科 学
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¤¼ou s s u
水分胁迫对杂种马褂木与双亲重要生理
性状的影响 3
叶金山
k国家林业局泡桐研究开发中心 郑州 wxsssvl
王章荣
k南京林业大学 南京 utssvzl
摘 要 } 水分胁迫状态下鹅掌楸属k Λιριοδενδρονl种间正反交 ƒt 杂种及双亲的一些重要生理性状的研究表
明 }水分胁迫状态下亲本与杂种叶片的相对含水量 !叶绿素含量 !蛋白质含量的降低速率和 • ‘¤¶¨ 活力的升高
速率排序为马褂木 北美鹅掌楸 正交 ƒt 反交 ƒt ~短时间水分胁迫对马褂木伤害最大 ∀ v ‹2Š¯ ¼标记取得
的直接证据证明 o水分胁迫导致亲本与杂种 • ‘¤¶¨ 基因在翻译水平上表达而从头合成 • ‘¤¶¨ o• ‘¤¶¨ 基因表达
强度排序为马褂木 北美鹅掌楸 正交 ƒt 反交 ƒt ∀蛋白质生物合成抑制剂取得的间接证据表明 o水分胁
迫状态下双亲 • ‘¤¶¨ 活力升高除与细胞质 °• ‘„翻译有关外 o还可能涉及叶绿体和Π或线粒体 • ‘¤¶¨ 的释放 !
活化和Π或合成 o而正反交杂种 • ‘¤¶¨ 活力升高可能主要来自细胞质 °• ‘„的翻译而不涉及到叶绿体和Π或线
粒体 ∀上述实验证据充分证明 o杂种马褂木正反交 ƒt 杂种具有对水分胁迫抗性的显著超亲杂种优势 o而正反
交杂种中反交 ƒt 的抗性又强于正交 ƒt ∀研究结果从水分胁迫抗性差异角度揭示了杂种马褂木强大正向生
长 !适应性和抗性杂种优势现象形成的分子机理 o并表明在杂种马褂木杂种优势固定利用实践中必须特别注
意反交 ƒt 杂种无性系的选育与开发 ∀
关键词 } 水分胁迫 o鹅掌楸属 o杂种马褂木 o生理性状 o杂种优势
收稿日期 }t|||2sz2ty ∀
3 本文是第 t作者于 t||x ∗ t||{年期间在南京林业大学所做的博士学位论文5鹅掌楸杂种优势的生理遗传基础6的部分内容 ∀研究
工作得到南京中山陵园园林处和南京林业大学树木生理组陆宪辉和程淑婉二位副教授的热忱帮助 o谨此一并致谢 ∀
ΧΗΑΝΓΕΣ ΙΝ ΣΟΜΕ ΙΜΠΟΡΤΑΝΤ ΠΗΨΣΙΟΛΟΓΙΧΑΛ ΧΗΑΡΑΧΤΕΡΣ ΟΦ ΤΗΕ
ΗΨΒΡΙ∆ ΤΥΛΙΠ ΤΡΕΕ ΑΝ∆ ΠΑΡΕΝΤΣ ΥΝ∆ΕΡ ΩΑΤΕΡ ΣΤΡΕΣΣ
≠¨¬±¶«¤±
k Παυλοωνια Ρεσεαρχη ανδ ∆εϖελοπµεντ Χεντεροφ Στατε Φορεστρψ Αδµινιστρατιον Ζηενγζηουwxsssvl
• ¤±ª«¤±ªµ²±ª
k Νανϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγutssvzl
Αβστραχτ } ≥²°¨ ¬°³²µ·¤±·³«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ ¦«¤µ¤¦·¨µ¶²© Λιριοδενδρον µ¨¦¬³µ²¦¤¯ «¼¥µ¬§¶¤±§³¤µ¨±·¶∏±§¨µº¤·¨µ¶·µ¨¶¶º¨ µ¨
¶·∏§¬¨§q׫¨ µ¨¶∏¯·¶º¨ µ¨ ¤¶©²¯ ²¯º¶}׫¨ §¨¦µ¨¤¶¨ µ¤·¨²©µ¨ ¤¯·¬√¨ º¤·¨µ¦²±·¨±·o¦«¯²µ²³«¼¯¯¦²±·¨±·¤¶º¨ ¯¯ ¤¶³µ²·¨¬±¦²±·2
±¨·¤±§¬±¦µ¨¤¶¨ µ¤·¨ ²© • ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼¬±¯¨ ¤©¥¯¤§¨¶∏±§¨µº¤·¨µ¶·µ¨¶¶º¨ µ¨ Λqχηινενσε k‹ °¨¶¯ ql ≥¤µªq Λqτυλιπιφερα
¬±±q ³¯∏¶¦µ²¶¶¬±ª ƒt  °¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ª ƒt qΛqχηινενσε º¤¶¶¨√¨ µ¨ ¼¯ §¤°¤ª¨§¥¼ ¶«²µ·º¤·¨µ¶·µ¨¶¶q ⁄¬µ¨¦·¨ √¬§¨±¦¨¶
©µ²° v ‹2Š¯ ¼ ¤¯¥¨ ¬¯±ª∏±§¨µº¤·¨µ¶·µ¨¶¶³µ²√¨ §¥²·«·«¤·• ‘¤¶¨ ª¨ ±¨ ¶²©³¤µ¨±·¶¤±§«¼¥µ¬§¶º¨ µ¨ ¬¨³µ¨¶¶¨§¬±·µ¤±¶¯¤·¬²±
¯¨ √¨ ¯¤¶º¨ ¯¯ ¤¶• ‘¤¶¨ º¨ µ¨ ¶¼±·«¨¶¬½¨ § δε νοϖο ¤±§·«¤·¬±·¨±¶¬·¼²©• ‘¤¶¨ ª¨ ±¨ ¬¨³µ¨¶¶¬²± º¤¶Λqχηινενσε  Λqτυλιπιφερα
 ³¯∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt  °¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt qŒ±§¬µ¨¦·¨√¬§¨±¦¨¶©µ²° ³µ²·¨¬±¶¼±·«¨·¬¦¬±«¤¥¬·²µ∏±§¨µº¤·¨µ¶·µ¨¶¶¬±§¬¦¤·¨§·«¤·
• ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼¬±¦µ¨¤¶¨ ²©³¤µ¨±·¶°¬ª«·¥¨ ¬±√²¯√¨ §¬±¦¼·²³¯¤¶°¬¦°• ‘„·µ¤±¶¯¤·¬²±¤±§• ‘¤¶¨ µ¨¯¨ ¤¶¨ o¤¦·¬√¤·¬²±¤±§Π²µ
¶¼±·«¨¶¬¶²©¦«¯²µ²³¯¤¶·¤±§Π²µ°¬·²¦«²±§µ¬¤o¥∏·• ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼¬±¦µ¨¤¶¨ ²©«¼¥µ¬§¶°¬ª«·²µ¬ª¬±¤·¨ °¤¬±¯¼©µ²°¦¼·²³¯¤¶°¬¦
°• ‘„·µ¤±¶¯¤·¬²±o±²·©µ²° ¦«¯²µ²³¯¤¶·¤±§Π²µ°¬·²¦«²±§µ¬¤q ׫¨ ¤¥²√¨ 2°¨ ±·¬²±¨ § ¬¨³¨µ¬°¨ ±·¤¯ √¨¬§¨±¦¨¶©∏¯¯ ¼ ³µ²√¨ §
¥²·«·«¤·µ¨¦¬³µ²¦¤¯ «¼¥µ¬§¶§¬¶³¯¤¼¨ §±²·¤¥¯¨¶∏³¨µ2³¤µ¨±·«¨·¨µ²¶¬¶²©µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ·² º¤·¨µ¶·µ¨¶¶¤±§·«¤·°¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
³²¶¶¨¶¶¨§¶·µ²±ª¨µ³²º¨ µ©∏¯ «¨·¨µ²¶¬¶²©µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ·² º¤·¨µ¶·µ¨¶¶·«¤± ³¯∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt q׫¨ µ¨¶¨¤µ¦«¨¶µ¨√¨ ¤¯ §¨ °²¯ ¦¨∏¯¤µ
°¨ ¦«¤±¬¶° ²©³²º¨ µ©∏¯ ³²¶¬·¬√¨ «¨·¨µ²·¬¦©²µ°¤·¬²± ²©ªµ²º·«o¤§¤³·¤¥¬¯¬·¼ ¤±§µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ²±·«¨ ¥¤¶¬¶²©·«¨ µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ·²
º¤·¨µ¶·µ¨¶¶¤±§¶«²º¨ §ª¨ ±¨ ·¬¦¬¶·¶¤±§¥µ¨ §¨¨µ¶²©©²µ¨¶·2·µ¨¨º«²¤µ¨ ±¨ª¤ª¨§¬±©¬¬¤·¬²±¤±§∏·¬¯¬½¤·¬²±²©«¨·¨µ²¶¬¶²©·«¨
«¼¥µ¬§·∏¯¬³·µ¨¨ °∏¶·¯¤¼¶³¨¦¬¤¯ ¶·µ¨¶¶²± ¦¯²±¨ ¶²© °¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt q
Κεψ ωορδσ} • ¤·¨µ¶·µ¨¶¶o Λιριοδενδρον o‹¼¥µ¬§·∏¯¬³·µ¨¨o°«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ ¦«¤µ¤¦·¨µo‹ ·¨¨µ²¶¬¶
林木经常遭受各种自然逆境的胁迫 o而水分胁迫kº¤·¨µ¶·µ¨¶¶l在众多自然逆境中位居首位 o其它种
类的环境胁迫都是首先通过水分胁迫造成细胞膜系统状态发生改变而触发一系列水分伤害反应的 o因
而水分胁迫严重限制林木的正常生长发育 ∀近百年来 o逆境生理学k¶·µ¨¶¶³«¼¶¬²¯²ª¼l积累的大量资料充
分表明水分胁迫在多种水平上干扰大量生理活动的正常进行以及不同的生理过程对水分胁迫的响应和
适应程度存在较大的遗传变异性 ∀绝大多数研究认为水分胁迫普遍降低植物叶绿素和蛋白质含量并提
高 • ‘¤¶¨ 活力 ∀水分胁迫促使 • ‘¤¶¨ 活力升高的原因异常复杂 o目前存在 x种观点解释水分胁迫状态
下 • ‘¤¶¨ 活力升高的原因k王万里 ot|{t ~叶金山等 ot||ul ∀这些结论基本上都是以草本植物为材料研
究得出的 o而以林木为材料的研究非常少 ∀在林木遗传育种学和林木逆境生理学等领域中有关水分胁
迫影响杂种 ƒt 与原始双亲上述重要生理性状的研究极其薄弱 ∀已故著名林木遗传育种学家叶培忠教
授于 t|yv年运用人工杂交方法选育的正交杂种马褂木kΛιριοδενδρον χηινενσεk‹ °¨¶¯ ql ≥¤µªq≅ Λqτυλιπιφερα
¬±±ql及其反交杂种不仅表现出强大的生长 !适应性和抗性正向杂种优势 o而且具有材料完备和谱系清
楚的突出特点 o因而是研究林木杂种优势的极好材料k南京林产工业学院林学系育种组 ot|zv ~南京林产
工业学院 ot|{s ~张武兆等 ot||zl ∀本文以鹅掌楸属种间正反交杂种 ƒt 与原始双亲为材料 o探讨水分胁
迫对叶片相对含水量 !叶绿素含量 !蛋白质含量和 • ‘¤¶¨ 基因表达等生理性状的影响 o希望从中找出杂
种马褂木生长 !适应性和抗性杂种优势形成的分子机理 o从而为解释杂种优势表现和机理以及开展更深
入的遗传改良提供理论依据 ∀
t 材料与方法
111 材料
马褂木k代号 ≤l和北美鹅掌楸k代号 ×l为叶培忠教授早期杂交的原始亲本植株 o分别定植于南京
林业大学校园和南京明孝陵 ~正交杂种k代号 ƒtl和反交杂种k代号 ƒtk p ll为定植在南京林业大学校园的
成年树植株 ∀试验叶片选取上述植株树冠中下部东面受光充分并且生长一致的枝条顶芽下第 w叶 ∀
t||z p sz p uw ∗ s{ p s{取样测定水分胁迫状态下叶片的相对含水量 !叶绿素含量 !蛋白质含量和 • ‘¤¶¨
活力 ~t||z p s| p vs ∗ ts p sx取样进行 • ‘¤¶¨ 的抑制剂处理和放射性标记 ∀
112 水分胁迫处理
叶片用卫生纸擦净后送入温度 vt1t ε !光强 us Λ°²¯ °«²·²¶#°pu¶pt的光照恒温箱进行干旱处理 ∀每
小时变动 t次叶片位置 ∀按研究需要在规定时间取出制样 ∀所有试验叶片均在水分胁迫前确定取样面
积 o胁迫后不因失水而增加叶片面积 o一律按胁迫前确定的叶面积计算 ∀
113 相对含水量测定
参照王万里方法kt|{tl o叶片在 ⁄ƒtys型电子分析天平上称重 o并按相对含水量k ΡΩΧl € k原初鲜
重 p干重lΠk水饱和鲜重 p干重l ≅ tss h的公式计算 o其中水饱和鲜重和干重分别指叶片飘浮蒸馏水中
w «和 {x ε 干燥箱烘干 uw «的重量 ∀ ΡΩΧ取 x片叶平均值 ∀
114 叶绿素含量测定
参照 „µ±²±法kt|w|l ∀叶片加适量石英沙和丙酮k浓度  ||1x h l研磨 o匀浆采用台式离心机在 w ε
冷室 tvyss ª离心 us °¬±o取上清液用国产 zuvs型分光光度计测定吸光度kΑl ∀
115 酶液制备
叶片放入预先冰冻的玻璃研钵中 o加适量石英沙和 s1sx °²¯ ‹„¦p ‘¤„¦缓冲液k³‹w1{l研磨 o匀浆
用台式离心机在 w ε 冷室 tvyss ª离心 us °¬±o取上清液定容作为粗酶液用于蛋白质和 • ‘¤¶¨ 活力测定 ∀
所有提取步骤均在冰浴中进行 ∀
tu 第 v期 叶金山等 }水分胁迫对杂种马褂木与双亲重要生理性状的影响
116 蛋白质含量测定
参照 …µ¤§©²µ§kt|zyl描述的 ≤²²°¤¶¶¬¨ ¥µ¬¯¯¬¤±·¥¯∏¨ Šuxs染色法测定 ∀测定仪器为国产 zuvs型分光光
度计 ∀
117 ΡΝασε活力测定
• ‘¤¶¨ 活力测定参照 ‹¤±¶²±方法k‹¤±¶²± ετ αλqot|y|l o并稍加修改 ∀反应混合液含有 t °酵母 • ‘„
kt °ª#°ptl !s1sx °vs °°²¯ 硫基乙醇 !s1t °酶液和 s1vx °s1sx °²¯ ‹„¦p ‘¤„¦缓冲液k³‹w1{l∀反应
混合液在 vz ε 下保温 vs °¬±o然后放入冰浴中 v ∗ w °¬±后加入 t1x °冷却 s1su °²¯ ¤k‘’vlv p s1u °²¯ ‹≤¯
试剂 o强烈搅拌混合液并用台式离心机在 w ε 冷室 tvyssª离心 us °¬±∀用日本产 ˜∂ p tus p su型分光光度
计测定上清液在 Κ€ uys ±°波长下的 ’ q⁄值 ∀规定 t个酶活力单位为反应混合液中 s1t °酶液在 vs °¬±
内催化形成 ’ q⁄值为 s1t的镧酸可溶性碎片的酶量 ∀酶活力取 v次测定平均值 ∀
118 3 Η −甘氨酸参入
在叶片中脉中间部位并以中脉为对称轴左右各取对称的 v¦° ≅ w¦°叶片 ∀将所取叶片放入v ‹ p甘
氨酸kŠ¯ ¼l溶液ktss ˏ浓度 t °¦¬#°pt !比度 x¦¬#°°²¯ p t的v ‹ p Š¯ ¼定容至 tss °l标记 us «o用蒸馏水
充分漂洗 o然后将标记叶片分别进行充分供水k对照l和脱水处理 y «∀
119 亚胺环己酮前处理
按与v ‹ p Š¯ ¼参入相同方法选取叶片 ∀将叶片在 xs °ª#®ªpt亚胺环己酮k¦¼¦¯²«¨¬¬°¬§¨ o≤‹l溶液
中培养 us «作为前处理 ∀蒸馏水充分清洗后 o把经 ≤‹ 前处理和未经 ≤‹ 前处理的叶片分别进行充
分供水k对照l和脱水处理 y «∀
1110 标记 ΡΝασε纯化与测定
标记 • ‘¤¶¨ 的纯化采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法k°„Š∞l ∀浓度 z1x h的标准凝胶 !分离胶 ³‹{1| !浓
缩胶 ³‹y1z !样品胶为样品液加 us h蔗糖 !电极缓冲液 ³‹{1v ∀电泳完毕 o从管中剥出凝胶 o放入含有 w
°预先保温的 s1sx °²¯ ‹„¦p ‘¤„¦k³‹w1{l试管中 o在 vz ε 保温 us °¬±o倒出缓冲液 o加入 w °酵母
• ‘„kt °ª#°ptl ovz ε 保温 ts °¬±o倒出 • ‘„溶液 o加入 w °预先保温的缓冲液再保温 x °¬±o最后把凝
胶放入用 s1t h醋酸配制的 s1u h甲苯胺蓝溶液中染色 vs¶o取出凝胶并放在水中漂洗 o然后放入 s1x h
醋酸的小试管中 o醋酸在 t «内更换 v次 ∀在 us °¬±内出现表示酶活性的无染料的白色带 o用蒸馏水代
替醋酸 ∀切下未被染色的 • ‘¤¶¨ 带并切成约 t °°厚薄片 o浸入 s1u °s1sx°²¯ ‹„¦p ‘¤„¦缓冲液
k³‹w1{l中 w{ «o以便 • ‘¤¶¨ 从凝胶扩散到缓冲液中 ∀
将吸取的 xs ˏ含有纯化v ‹2Š¯ ¼标记 • ‘¤¶¨ 的缓冲液放入 …∞≤Ž„‘≥|{ss型液闪谱仪中测定
• ‘¤¶¨ 中v ‹2Š¯ ¼的衰变数Π°¬±k ∆ΠΜl ∀
u 结果与分析
211 相对含水量变化
表 t揭示水分胁迫状态下亲本与杂种叶片水分状况的变化存在巨大差异 ∀按照 ‹¶¬¤²kt|zvl对中
生植物的水分胁迫程度所作的划分标准 o水分胁迫 u «o≤ 已达严重胁迫k ΡΩΧ下降 uw1u h l ~×和 ƒt 达
中度胁迫k ΡΩΧ分别下降 ty1w h和 tu1s h l o而 ƒtk p l仅为轻度胁迫k ΡΩΧ下降 y1z h l ∀随着胁迫时间
延长 o≤失水速度急剧加快并显著超过 × 和正反交杂种 ∀水分胁迫导致细胞膨压k Ω³l降低 ∀ ‹¶¬¤²
kt|zvl非常重视膨压kΩ³l的影响 o认为 Ω³降低在水分胁迫的影响中具有最原初和基本的性质 o而植物
很多生理过程或指标在组织水势降低 s ∗ tsv ®°¤范围内是非常敏感的 ∀水分胁迫状态下 ≤叶片相对含
水量急剧下降的事实充分表明马褂木对水分胁迫的敏感性显著高于北美鹅掌楸和正反交杂种 ƒt o短时
间干旱足以造成对马褂木的严重伤害 ∀
212 叶绿素含量变化
从表 u数据可以看出 o水分胁迫 v «o≤ 叶绿素已破坏 vz1y h o×丧失 u{1y h o而正反交杂种 ƒt 的损
uu 林 业 科 学 v{卷
失不足 ts h ∀随着胁迫加强 o亲本叶绿素含量降低幅度远大于杂种 o而亲本中马褂木叶绿素破坏速度
又明显大于北美鹅掌楸 o杂种中正交 ƒt 的破坏速度大于反交 ƒt ∀水分胁迫引起气孔或非气孔因素的限
制从而降低光合作用k…²¼¨ µετ αλqot|{vl ∀叶绿素存在于光合作用器官叶绿体中 o因而表 u叶绿素含量
指标的下降程度同时也反应了光合机构的破坏程度 o清楚表明水分胁迫对马褂木光合作用造成的危害
最大 ∀
表 1 水分胁迫对叶片相对含水量的影响
Ταβ .1 Εφφεχτ οφ ωατερ στρεσσ ον ρελατιϖε ωατερ χοντεντ( Ρ ΩΧ) οφλεαφ βλαδεσ
胁迫时间
≥·µ¨¶¶·¬°¨
k«l
相对含水量 • ¨¯¤·¬√¨ º¤·¨µ¦²±·¨±·k ΡΩΧl
≤
Λqχηινενσε
k h l
ΡΩΧ减少
ΡΩΧ §¨¦µ¨¤¶¨
k h l
×
Λqτυλιπιφερα
k h l
ΡΩΧ减少
ΡΩΧ §¨¦µ¨¤¶¨
k h l
ƒt
°¯ ∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
k h l
ΡΩΧ减少
ΡΩΧ §¨¦µ¨¤¶¨
k h l
ƒtk p l
¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
k h l
ΡΩΧ减少
ΡΩΧ §¨¦µ¨¤¶¨
k h l
s zt q{ s |y qt s |v qt s |x qx s
u wz qy uw qu z| qz ty qw {t qt tu qs {{ q{ y qz
w u| q{ wu qs yz qy u{ qx zu qs ut qt {v qs tu qx
y t{ qz xv qt xy qs ws qt yx qt u{ qs z{ qx tz qs
{ tu qt x| qz wu qy xv qx x{ qx vw qy zw qz us q{
ts { qw yv qw vu qt yw qs xu qz ws qw y| q{ ux qz
tu x q{ yy qs uv qv zu q{ wy q| wy qu yx q| u| qy
tw w qs yz q{ tz qs z| qt wt q{ xt qv yt qz vv q{
ty v qs y{ q{ tv q{ {u qv vz qv xx q{ xz q{ vz qz
t{ u qx y| qv ts qz {x qw vu q| ys qu xv qx wu qu
us t qz zs qt { qz {z qw u{ qw yw qz w| qy wx q|
表 2 水分胁迫对叶片叶绿素含量的影响
Ταβ .2 Εφφεχτ οφ ωατερ στρεσσ ον χηλοροπηψλλ χοντεντ οφλεαφ βλαδεσ
胁迫时间
≥·µ¨¶¶·¬°¨
k«l
叶绿素含量 ≤«¯²µ²³«¼¯¯¦²±·¨±·kΛª#¦°pu ¨¤©¥¯¤§¨ l
≤
Λqχηινενσε h
×
Λqτυλιπιφερα h
ƒt
°¯ ∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
h
ƒtk p l
¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
h
s tv1v{ tss ty1su tss t{1xw tss t{1vw tss
v {1vx yu1w tt1ww zt1w ty1z{ |s1x ty1|x |u1w
y x1wx ws1z z1z| w{1y tx1zs {w1z tx1|| {z1u
| u1ys t|1w w1wx uz1{ |1z| xu1{ tt1tv ys1z
tu t1tw {1x u1w{ tx1x y1|z vz1y z1yv wt1y
213 蛋白质含量变化
水分胁迫 v «o≤蛋白质含量降低 ws1y h o×降低 uy1x h o而 ƒt 和 ƒtk p l分别降低 |1{ h和 z1y h ∀随
着胁迫时间延长 o正反交杂种蛋白质破坏速度仍然远小于亲本k表 vl ∀水分胁迫干扰植物体氮代谢过
程的最突出表现就是蛋白质分解 o从而提高游离氨基酸含量k王万里 ot|{tl ∀马褂木蛋白质降解速度明
显高于北美鹅掌楸和杂种 ƒt o表明马褂木对水分胁迫具有最强的敏感性 o因而短时间水分胁迫对马褂
木的危害性也最大 ∀此外 o光合碳同化中的重要限速酶 • ∏¥¬¶¦²k核酮糖 p t ox p二磷酸羧化酶Π加氧酶 ~
∞≤w1t1t1v|l在植物体内含量极高 o约占叶蛋白的 xs h以上 ∀短时间水分胁迫造成马褂木叶总蛋白含量
大幅度下降而 • ∏¥¬¶¦²作为叶片中最丰富的蛋白质自然首当其冲 o必然随之遭到严重破坏 o从而对光合
作用构成极大危害 ∀
214 ΡΝασε基因表达
u1w1t • ‘¤¶¨ 活力变化 表 w数据说明双亲与杂种叶片 • ‘¤¶¨ 活力对水分胁迫的响应都非常敏感 o短
时间水分胁迫明显提高 • ‘¤¶¨ 活力 ~随着胁迫时间延长 o• ‘¤¶¨ 活力一直增加 o直至永久萎蔫点 ∀这与
大多数情况下水分胁迫促进草本植物和一些木本植物k苹果 !刺槐l • ‘¤¶¨ 活力升高的趋势相一致
vu 第 v期 叶金山等 }水分胁迫对杂种马褂木与双亲重要生理性状的影响
k‹¶¬¤²ot|zv ~…µ¤±§¯¨ ετ αλqot|zz ~王万里 ot|{t ~叶金山等 ot||ul ∀表 w同时也指出 o尽管水分胁迫使亲本
与杂种叶片 • ‘¤¶¨ 活力都升高 o但它们对水分胁迫的敏感性却存在较大变异性 ∀水分胁迫 v «o≤ 的
• ‘¤¶¨ 活力增加 xv1w h o×增加 tt1| h o而 ƒt 和 ƒtk p l仅分别增加 z1x h和 y1z h ∀显然 o从 • ‘¤¶¨ 活力对
水分胁迫敏感性角度可将 w者抵抗水分胁迫的能力排序为 }反交 ƒt 正交 ƒt 北美鹅掌楸 马褂木 ∀
表 3 水分胁迫对叶片蛋白质含量的影响
Ταβ .3 Εφφεχτ οφ ωατερ στρεσσ ον προτειν χοντεντ οφλεαφ βλαδεσ
胁迫时间
≥·µ¨¶¶·¬°¨
k«l
蛋白质含量 °µ²·¨¬± ¦²±·¨±·kΛª#¦°pu ¯¨ ¤©¥¯¤§¨ l
≤
Λqχηινενσε h
×
Λqτυλιπιφερα h
ƒt
°¯ ∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
h
ƒtk p l
¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
h
s wv1uy tss ws1zx tss wx1zu tss ww1|z tss
v ux1zs x|1w u|1|x zv1x wt1uw |s1u wt1xx |u1w
y tw1sy vu1x uv1tt xy1z vw1tt zw1y vw1vt zy1v
| {1s| t{1z ts1tt uw1{ t{1xu ws1x ut1ss wy1z
tu w1zu ts1| z1{y t|1v tt1yt ux1w tv1x{ vs1u
表 4 水分胁迫对叶片 Ρ Νασε活力的影响
Ταβ .4 Εφφεχτ οφ ωατερ στρεσσ ον ΡΝασε αχτιϖιτψ οφλεαφ βλαδεσ
胁迫时间
≥·µ¨¶¶·¬°¨
k«l
• ‘¤¶¨ 活力 • ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼k˜±¬·¶#¦°pu ¯¨ ¤©¥¯¤§¨ l
≤
Λqχηινενσε h
×
Λqτυλιπιφερα h
ƒt
°¯ ∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
h
ƒtk p l
¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt
h
s x1wv tss x1vv tss y1u{ tss x1yz tss
v {1vv txv1w y1vw tt{1| y1zx tsz1x y1sx tsy1z
y |1tx ty{1x y1yv tuw1w z1ux ttx1w y1vv ttt1y
| |1ws tzv1t y1|| tvt1t z1{u tuw1x y1{| tut1x
tu {1|{ tyx1w z1v| tv{1y {1ux tvt1w z1vy tu|1{
植物 • ‘¤¶¨ 是水解 • ‘„链磷酸二酯键的核酸内切酶 o与植物的生长 !分化 !衰老 !种子成熟和萌发
等多种生理过程有密切关系 ∀水分胁迫状态下 • ‘¤¶¨ 活力提高首先促进 °• ‘„分解 o并使多核糖体降
解为亚单位或单核糖体 o从而抑制蛋白质合成 o进而加速分解 °• ‘„ !·• ‘„和 ¶±• ‘„ ∀因此水分胁迫时
• ‘¤¶¨ 活力的提高直接破坏与基因转录和翻译紧密相关的核酸系统 o无疑会对植物生长发育产生广泛
而深远的危害 ∀据实际观察 o在南京地区 o马褂木 |月中旬已开始大量落叶 o全树 tΠx ∗ tΠv的树叶已变
黄色 o但北美鹅掌楸和正反交杂种植株此时却无落叶现象 o全部树叶均为翠绿色 ∀这与文献报道的马褂
木情形一致 o但却与文献报道的北美鹅掌楸表现不一致k南京林产工业学院林学系育种组 ot|zv ~南京林
产工业学院 ot|{sl ∀水分胁迫状态下杂种与双亲叶片的 • ‘¤¶¨ 活力 !叶绿素含量和蛋白质含量的差异
性变化规律的发现为理论上解释上述现象提供了充分的分子生物学证据 ∀
u1w1u v ‹2Š¯ ¼参入效应 亲本与杂种叶片的 • ‘¤¶¨ 经聚丙烯酰胺凝胶盘状电泳显示 t条区带 o表明v ‹2
Š¯ ¼标记 • ‘¤¶¨ 已得到纯化 ∀
与充分供水对照相比 o水分胁迫同时提高亲本与杂种叶片的 • ‘¤¶¨ 活力和 ∆ΠΜ值 o但增加幅度在
w者之间呈现较大差异k表 xl ∀水分胁迫 y «o≤ 叶片 • ‘„活力和 ∆ΠΜ值分别提高 vt1x h和 yx1z h o×
分别增加 tv1y h和 w1s h o而 ƒt 和 ƒtk p l二项指标的变化都非常小k表 xl ∀水分胁迫状态下马褂木叶片
• ‘„的v ‹2Š¯ ¼参入量远高于北美鹅掌楸和正 !反交杂种 ƒt 的参入量 o从而取得了水分胁迫导致亲本与
杂种叶片 • ‘¤¶¨ 基因在翻译水平上表达而从头合成 • ‘¤¶¨ 以及 w者基因表达强度差异性的直接证据 ∀
水分胁迫导致亲本与杂种从头合成 • ‘¤¶¨ 的结论与 …µ¤±§¯¨和叶金山等对刺槐实生苗水分胁迫状态下
• ‘¤¶¨ 活力变化的研究报道相似k…µ¤±§¯¨ ετ αλqot|zz ~叶金山等 ot||ul ∀
u1w1v ≤‹ 前处理效应 从表 y数据可以看出 ≤‹ 前处理对水分胁迫状态下 • ‘¤¶¨ 基因表达的抑制
wu 林 业 科 学 v{卷
效应随试验叶片不同而变化 ∀ ≤‹ 前处理强烈抑制双亲充分供水与水分胁迫叶片的 • ‘¤¶¨ 活力 o但对
正反交杂种 ƒt 的抑制效应却都非常微弱 ∀间接证据再次表明水分胁迫状态下双亲 • ‘¤¶¨ 基因表达强
度非常高 o而正反交杂种 ƒt 的 • ‘¤¶¨ 基因表达强度比较低 o双亲中马褂木 • ‘¤¶¨ 基因表达强度又明显
高于北美鹅掌楸 ~杂种中正交 ƒt 的 • ‘¤¶¨ 基因表达稍微强于反交 ƒt ∀间接证据与直接证据一致 ∀
表 5 水分胁迫3 Η2Γλψ参入叶片 Ρ Νασε的效应
Ταβ .5 Εφφεχτ οφ ωατερ στρεσσ ον 3 Η2Γλψινχορπορατιον οφ ΡΝασε
材料
¤·¨µ¬¤¯
处理
×µ¨¤·°¨ ±·
相对含水量
ΡΩΧk h l
• ‘¤¶¨ 活力
• ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼
k˜±¬·¶#¦°pu ¯¨ ¤©¥¯¤§¨ l
h ∆ΠΜΠ• ‘¤¶¨ 单位
∆ΠΜΠ• ‘¤¶¨ ˜±¬·
∆ΠΜ#¦°pu叶片 • ‘¤¶¨
∆ΠΜ#¦°pu ¯¨ ¤©¥¯¤§¨ • ‘¤¶¨
h

≤ ≤Ž tss uu1ux tss ut1sy uxu1yz tss
Λqχηινενσε 胁迫 ≥·µ¨¶¶ xz1w u|1ux tvt1x vw1|s wt{1{x tyx1z
× ≤Ž tss tz1yx tss vz1wv ww|1tx tss
Λqτυλιπιφερα 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y{1y us1sx ttv1y v{1|w wyz1uz tsw1s
ƒt ≤Ž tss tx1sx tss vv1xu wsu1u{ tss
°¯ ∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y|1z ty1us tsz1y vw1|v wt|1tx tsw1u
ƒtk p l ≤Ž tss tx1ss tss vx1t| wuu1vw tss
¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y|1z tx1{x tsx1z vx1zs wu{1wt tst1w
表 6 亚胺环己酮前处理对 Ρ Νασε活力的影响
Ταβ .6 Εφφεχτ οφ χψχλοηεξιµιδε(ΧΗΜ)πρετρεατµεντ ον ΡΝασε αχτιϖιτψ υνδερ ωατερ στρεσσ
材料
¤·¨µ¬¤¯
处理
×µ¨¤·° ±¨·
时间
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相对含水量
ΡΩΧk h l
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• ‘¤¶¨ 活力
• ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼
k˜±¬·¶#¦°pu ¯¨ ¤©¥¯¤§¨ l
h • ‘¤¶¨ 活力
• ‘¤¶¨ ¤¦·¬√¬·¼
k˜±¬·¶#¦°pu ¯¨ ¤©¥¯¤§¨ l
h

≤ ≤Ž y tss uu1ux tss t{1vv| tss
Λqχηινενσε 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y xz1w u|1ux tvt1x uu1yy{ tuv1y
× ≤Ž y tss tz1yx tss tt1wsz tss
Λqτυλιπιφερα 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y y{1y us1sx ttv1y tt1yv{ tsu1s
ƒt ≤Ž y tss tx1sx tss tw1ys{ tss
°¯ ∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y y|1z ty1us tsz1y tv1uwv |s1z
ƒtk p l ≤Ž y tss tx1ss tss tw1{zy tss
¬±∏¶¦µ²¶¶¬±ªƒt 胁迫 ≥·µ¨¶¶ y y|1z tx1{x tsx1z tv1zys |u1x
蛋白质生物合成抑制剂 ≤‹ 作用于真核细胞 {s≥核糖体的 ys≥亚基而抑制肽酰转移酶活性从而
抑制真核细胞的翻译 o但 ≤‹ 不能抑制真核细胞中内共生起源的带 zu≥核糖体的叶绿体和线粒体的翻
译 ∀国际上自 us 世纪 {s 年代以来兴起有关环境胁迫诱导逆境蛋白的研究热点 ∀ ‘¨¥¬²¯²和 • «¬·¨
kt|{xl在高温处理 w个玉米品种线粒体的研究中发现线粒体是热刺激的重要目标 o高温诱导能产生热
激蛋白并释放到线粒体外去 ∀贺志理和王洪春kt||tl报道盐胁迫在抑制苜蓿叶片蛋白质合成的同时 o
能增强离体叶绿体的蛋白质合成 o诱导一些新的多肽出现 o不同品种有不同的分子量 !不同的叶绿体内
定位 o而且脱落酸的影响也不同 ∀在 ≤‹ 前处理条件下水分胁迫造成 ≤叶片 • ‘¤¶¨ 活力升高 uv1y h o×
升高 u1s h o而 ƒt 和 ƒtk p l分别下降 |1v h和 z1x h k表 yl ∀本文初步认为水分胁迫时双亲 • ‘¤¶¨ 活力升
高除与细胞质的 °• ‘„翻译有关外 o还可能涉及到叶绿体和Π或线粒体 • ‘¤¶¨ 的释放 !活化和Π或合成 o而
正反交杂种 ƒt 的 • ‘¤¶¨ 活力升高可能主要来自细胞质 °• ‘„的翻译而不涉及叶绿体和Π或线粒体 ∀由
于 ≤‹ 的作用是多方面的以及逆境蛋白基因表达的复杂性 o因此彻底阐明鹅掌楸属亲本与杂种水分胁
迫状态下 • ‘¤¶¨ 基因表达细节仍有大量工作要做 ∀考虑到翻译在整个基因表达和生化代谢中的中心作
用 o充分利用多种有效的翻译抑制剂研究逆境蛋白基因在翻译水平上的表达无疑是十分重要的 ∀
xu 第 v期 叶金山等 }水分胁迫对杂种马褂木与双亲重要生理性状的影响
v 结论
水分胁迫状态下鹅掌楸属的亲本与杂种叶片相对含水量降低速度存在明显差异 o从大到小排序为
马褂木 北美鹅掌楸 正交 ƒt 反交 ƒt ~短时间失水已对马褂木构成严重水分胁迫 ∀
水分胁迫状态下鹅掌楸属的亲本叶绿素破坏速度远大于杂种 o而亲本中马褂木破坏速度又明显大
于北美鹅掌楸 o杂种中正交 ƒt 破坏速度大于反交 ƒt ∀
水分胁迫状态下叶片蛋白质含量下降速度排序为马褂木 北美鹅掌楸 正交 ƒt 反交 ƒt ∀短时
间水分胁迫大幅度降低马褂木叶片的蛋白质含量 ∀
水分胁迫提高亲本与杂种叶片的 • ‘¤¶¨ 活力 ~w者的 • ‘¤¶¨ 活力对水分胁迫响应的敏感性排序为马
褂木 北美鹅掌楸 正交 ƒt 反交 ƒt ~短时间水分胁迫造成马褂木 • ‘¤¶¨ 活力大幅度提高 ∀
v ‹2Š¯ ¼取得的直接证据揭示水分胁迫导致亲本与杂种 • ‘¤¶¨ 基因在翻译水平上表达而从头合成
• ‘¤¶¨ 以及 w者的 • ‘¤¶¨ 基因表达强度存在较大差异 }• ‘¤¶¨ 基因表达强度排序为马褂木 北美鹅掌楸
正交 ƒt 反交 ƒt ∀
蛋白质生物合成抑制剂取得的间接证据表明水分胁迫状态下双亲 • ‘¤¶¨ 活力升高除与细胞质 °• ‘„
翻译有关外 o还可能涉及叶绿体和k或l线粒体 • ‘¤¶¨ 的释放 !活化和k或l合成 o而正反交杂种 ƒt 的 • ‘¤¶¨
活力升高可能主要来自细胞质 °• ‘„的翻译而不涉及叶绿体和k或l线粒体 ∀
上述分子水平的实验事实充分证明杂种马褂木正反交 ƒt 杂种具有对水分胁迫抗性的显著超亲杂
种优势 o而正反交杂种中反交 ƒt 的抗性又强于正交 ƒt ∀因而研究结果在理论上从水分胁迫抗性差异角
度揭示了杂种马褂木强大正向生长 !适应性和抗性杂种优势现象形成的分子机理 o而在实践上则指出杂
种马褂木杂种优势的固定利用工作应特别注意反交 ƒt 杂种无性系的选育与开发 ∀
参 考 文 献
贺志理 o王洪春 q盐胁迫下苜蓿中盐蛋白的诱导产生 q植物生理学报 ot||t otzktl }zt ∗ z|
南京林产工业学院林学系育种组 q亚美杂种马褂木的育成 q林业科技通讯 ot|zv oktul }ts ∗ tt
南京林产工业学院主编 q树木遗传育种学 q北京 }科学出版社 ot|{s }tux
王万里 q植物对水分胁迫的响应 q植物生理学通讯 ot|{t okxl }xx ∗ yw
叶金山 o陆宪辉 q水分胁迫使刺槐实生苗核糖核酸酶活力增加原因的探讨 q林业科学研究 ot||u oxkwl }wx| ∗ wyw
张武兆 o马山林 o邢纪达等 q马褂木不同家系生长动态及杂种优势对比试验 q林业科技开发 ot||z okul }vu ∗ vv
„µ±²± ⁄Œq≤²³³¨µ ±¨½¼° ¶¨¬±¬¶²¯¤·¨§¦«¯²µ²³¯¤¶·¶o³²¯¼³«¨ ±²¯²¬¬§¤¶¨ ¬± …¨ ·¤√∏¯ª¤µ¬¶q°¯¤±·³«¼¶¬²¯ ot|w| ouw }t ∗ tx
…²¼¨ µ≥ o ≠²∏±¬¶‹  qŒ±}¤µ¦¨¯¯¨ • ετ αλk §¨¶l q∞©©¨¦·¶²©≥·µ¨¶¶²± °«²·²¶¼±·«¨¶¬¶q¤µ·¬±∏¶‘¬­«²©©Π⁄µ• q∏±® °∏¥ot|{v
…µ¤§©²µ§   q„ µ¤³¬§¤±§¶¨±¶¬·¬√¨ ° ·¨«²§©²µ·«¨ ∏´¤±·¬·¤·¬²± ²© °¬¦µ²ªµ¤° ∏´¤±·¬·¬¨¶²©³µ²·¨¬± ∏·¬¯¬½¬±ª·«¨ ³µ¬±¦¬³¯¨²©³µ²·¨¬±2§¼¨ ¥¬±§¬±ªq„±¤¯ …¬²2
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‹¤±¶²± ⁄  ετ αλq∞±½¼° ¶¨²©±∏¦¯ ¬¨¦¤¦¬§°¨ ·¤¥²¯¬¶°©µ²° º«¨¤·¶¨ §¨¯¬±ª¶Œq°∏µ¬©¬¦¤·¬²±¤±§ª¨ ±¨ µ¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¤¶¶²¦¬¤·¨§§¨²¬¼µ¬¥²±∏¦¯ ¤¨¶¨ oµ¬¥²±∏2
¦¯ ¤¨¶¨ o¤±§vχ2±∏¦¯ ²¨·¬§¤¶¨ q…¬²¯²ª¬¦¤¯ ¦«¨ °¬¶·µ¼ot|y| ouww }uwws ∗ uww|
‹¶¬¤² × ≤ q°¯ ¤±·µ¨¶³²±¶¨ ·² º¤·¨µ¶·µ¨¶¶q„±± • √¨ °¯ ¤±·°«¼¶¬²¯ ot|zv ouw }xt| ∗ xzs
‘¨¥¬²¯² ≤  o • «¬·¨ ∞  q≤²µ± °¬·²¦«²±§µ¬¤¯ ³µ²·¨¬± ¶¼±·«¨¶¬¶¬± µ¨¶³²±¶¨ ·² «¨¤·¶«²¦®q°¯ ¤±·³«¼¶¬²¯ ot|{x oz| }ttu| ∗ ttvu
yu 林 业 科 学 v{卷