亞熱帶地區主要闊葉用材樹種的非生物脅迫研究進展

楊曉燕熊 煬宮 雪鐘永達陳彩慧胡麗平余發新

（1. 江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室，江西省科學院生物資源研究所，江西 南昌 330096；2. 江西農業大學林學院，江西 南昌 330045；3. 贛南樹木園，江西 贛州 341212）

我國亞熱帶地區位于秦嶺、淮河以南，雷州半島以北，橫斷山脈以東的廣大地區，總面積占全國國土面積的四分之一左右，是世界植物遺傳多樣性最豐富的地區之一。闊葉用材樹種生態功能顯著，在我國生態建設中有著不可替代的作用，同時還能為國家建設與社會發展提供優質的木材，為保障國家經濟和支柱產業高質量發展提供重要物資[1]。亞熱帶地區氣候溫暖濕潤，適合多種闊葉樹種的生長，主要的闊葉用材樹種包括楊樹（Populussp. ）、桉樹（Eucalyptus robusta）、樟樹（Cinnamomum camphora）、鵝掌楸屬（Liriodendron）、銀杏（Ginkgo biloba）和閩楠（Phoebe bournei）等[2]，目前關于林木遺傳改良的研究多集中在生長與材性性狀[3-5]。近幾十年來，經濟的快速發展和人為干擾等給闊葉樹種的生存和正向演替帶來了不利的影響，而自然災害頻發、氣候的極端變化加劇了這一過程。鹽漬、干旱、淹水、極端溫度、重金屬等非生物脅迫已成為限制林木生長發育的主要環境因子。林木為適應和抵抗不利的環境狀況，通過調整形態和生理生化代謝以適應環境脅迫。在經過長期進化后，林木會形成防御逆境脅迫的自我保護機制和感知環境變化的系統，通過調節體內基因表達和代謝以更好地適應生存環境[6]。隨著生物學技術的不斷進步，林木非生物脅迫抗逆機理研究已經從形態和生理生化水平發展到分子水平，但在抗逆分子機制和基因工程育種方面仍需深入探索和研究。本文主要綜述了亞熱帶地區的楊樹、桉樹等主要闊葉用材樹種的耐鹽、抗重金屬、抗旱、耐澇、耐寒和耐熱等研究進展和現狀，旨在為闊葉用材樹種抗逆性深入研究和良種/新品種選育提供參考依據，助力我國森林生態系統結構的改善和林木生物質的提升。

1 耐鹽研究

土壤鹽漬化是影響植物生長發育的主要非生物脅迫之一。近年來，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種的耐鹽性研究受到國內外學者的重視，在形態特征、生理代謝、耐鹽機理和品種選育等方面取得了明顯的進展。

林木具有一定的耐鹽性，但高濃度的鹽脅迫會影響其正常生長?！甆anlin 895’楊、桉樹、雜交鵝掌楸（Liriodendron sino-americanum）和閩楠能耐低濃度的鹽脅迫，在200 mmol/L 的鹽濃度下生長受限甚至死亡[7-10]；樟樹和銀杏的樹高和地徑隨著鹽處理濃度的增加而降低，0.4%的鹽處理會顯著抑制樟樹的生長量[11]，而銀杏在鹽濃度為0.9%時生長受到的抑制作用最為顯著[12]。闊葉用材樹種在鹽脅迫下外部形態和內部生理特征發生一系列變化。鹽處理下，植株表現為頂端葉片萎蔫，基部葉片黃化枯死，中部以下葉片出現褐斑，側根數目減少[7,9]。尾赤桉雜交種（Eucalyptus camaldulensis×Eucalyptus urophylla）和樟樹在鹽脅迫初期葉片光合色素能維持較高的水平，通過穩定光合作用減少脅迫傷害[13-14]，而楊樹、銀杏和閩楠在鹽處理下凈光合速率和蒸騰速率顯著降低[12,15-16]；美洲黑楊在鹽脅迫下根尖表面β-葡萄糖苷酶，N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和亮氨酸-氨基肽酶的活性增強，根部呼吸作用增強以供應抗脅迫所需能量[17]；鹽脅迫會引起質膜損傷，闊葉樹種葉片中電導率和丙二醛（MDA）含量增加，誘發植物體內保護酶系統清除活性氧，通過增強超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）活性及增加非酶促保護物質如抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）的含量減少氧化損傷，積累可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸進行滲透調節[7,9-10,18-21]。鹽漬土壤中某些離子濃度過高，容易對林木產生毒害作用，‘Nanlin 895’楊葉中K+和Ca2+含量持續保持高于根部，同時排除過量的Na+以減輕對細胞代謝活動及細胞器的破壞[7]；尾赤桉優先在老葉中積累鹽分，幼葉和老葉中維持較高的K+/Na+以保證鹽脅迫下細胞正常的功能[22]；樟樹在低鹽堿脅迫（0～100 mmol/L）下主要通過將Na+截留在根部，促進根器官吸收和轉運K+、Fe2+等營養元素，提高莖、葉器官中K+/Na+和葉綠素含量，增強耐鹽堿性[23]；銀杏老樹在長期鹽脅迫下葉片會合成較多的異戊二烯化合物，調節葉片中Cl-和Na+的運輸和積累，緩解鹽脅迫傷害[24]。

林木的耐鹽機制十分復雜，在鹽脅迫下，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種能有效的調控分子機制增強其耐鹽性。鹽處理下會觸發‘Nanlin 895’楊硫化氫-半胱氨酸（H2S-Cys）循環和甲硫氨酸（Met）相關的乙烯（ETH）合成，通過與抗氧化系統協同響應鹽脅迫，誘導交替氧化酶（AOX）途徑清除細胞活性氧(ROS)[25]，其三羧酸循環、棉子糖家族低聚糖合成、果糖代謝和谷氨酸合成主途徑等相關基因在鹽脅迫下表達上調，海藻糖激酶、酚類合成及谷氨酸合成支路等相關基因表達下調[26]；‘廣林9’桉樹葉片中6 個CAT基因在不同鹽脅迫強度下的轉錄變化差異顯著，鹽濃度的升高會抑制葉綠體基因Rbcl、Ndhf、Matk的表達，誘導Accd基因的表達[27-28]；Yue 等[29]通過比較蛋白組學分析發現樟樹光合作用中有31 個差異表達蛋白受到鹽脅迫的影響；銀杏轉錄因子家族（R2R3-MYB）中GbMYB5、GbMYB8、GbMYB15、GbMYB26和GbMYB31基因在鹽處理下顯著上調，GbMYB14、GbMYB30和GbMYB42基因的表達則保持不變[30]。通過基因工程手段使參與鹽脅迫應答的相關基因在林木體內表達有助于提高其耐鹽性。轉基因赤桉（Eucalyptus camaldulensis）中RNA 結合蛋白McRBP基因的表達有助于增強其耐鹽的能力，使其具有更完整的頂芽，光合作用量子產率更高，在15 周后其葉片鹽分積累比非轉基因桉樹低30%[31]；轉基因107-1 藍桉中膽堿氧化酶基因codA的表達，誘導了幼葉中甘氨酸甜菜堿含量的積累以減輕鹽脅迫傷害[32]；皺維華等[33]將反義磷脂酶Dγ基因轉入到美洲黑楊G2 中提高了部分轉化植株的耐鹽性。在品種選育方面，美洲黑楊35 楊在土壤含鹽量低于0.2%時能正常生長[34]，南方楊樹無性系110 楊能耐受0.3%左右的含鹽量[15]；尾赤桉雜交種H4、58H2 和27A2被鑒定為耐鹽性桉樹[13]，細葉桉KE8 在500 mmol/L NaCl 的培養基中耐鹽指數較高[18]，澳大利亞以耐鹽、耐旱特性的赤桉和生長速度快、材性好的巨桉（Eucalyptus grandis）和藍桉（Eucalyptus globulus）為親本雜交選育出的耐鹽桉樹雜交種在鹽漬土試驗地中生長良好[35]。

亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在形態學和生理生化響應的耐鹽研究較為全面，包括林木生長減緩，葉片黃化出現褐斑，側根數目減少，光合速率和蒸騰速率下降，根部呼吸作用增強，抗氧化酶保護系統激活，酶促保護物質增加，滲透性質有機小分子積累和離子平衡調節等。在分子層面及轉基因方面也有初步研究，但仍需深入研究其抗鹽信號轉導途徑、與鹽脅迫相關基因的調控與功能等。對于抗鹽脅迫能力低的林木可通過基因工程轉入相關抗鹽基因增強抗鹽能力。隨著對分子機制的深入研究，有望獲得更多耐鹽性強的植株。

2 抗重金屬研究

隨著工農業發展、廢氣排放、礦產開發和農藥化肥使用，大量的重金屬進入到生態環境中，破壞生態系統。鎘、鉛、鋁等金屬是植物非必需元素，在長期的進化中植物對多種金屬產生了抗性機制。近幾年，關于重金屬對林木毒害作用的報道很多。

亞熱帶地區主要闊葉用材樹種的抗重金屬研究主要涉及鋅、鎘、鉛、鋁等。歐美楊在Zn 處理下地上部生長受到抑制，幼葉黃化，根系發育不良，葉中谷甘肽轉移酶（GST）活性保持較高水平，根中金屬轉運蛋白（ZIP2 和NRAMP1）表達上調，涉及金屬易位的相關基因NAS4表達下調[36-38]；桉樹在高濃度Zn 處理（120～140 mg/L）下，葉中巰基物質（NPT、GSH 和PCs）含量顯著增加，可與金屬Zn 螯合形成毒性較低的重金屬絡合物，低濃度Zn 處理（0.25 mmol/L）能誘導桉樹葉綠體基因Rbcl、Accd、Ndhf、Matk表達水平略微升高，但中高濃度Zn 處理（0.50～0.75 mmol/L）則顯著抑制其表達[39-40]；低濃度Zn 處理（100～300 mg/L）對樟樹幼苗地莖和根數有促進作用，高濃度的Zn 溶液（700～900 mg/L）則抑制苗高和根系的生長，通過提高SOD 活性和積累脯氨酸含量減輕脅迫傷害[41]。Cd 脅迫下，歐美楊總生物量、光合作用、葉綠素含量顯著降低，與光合作用和氨基酸合成相關的蛋白豐度顯著高于對照組，參與ATP 合成、質子轉運、轉錄、翻譯和氮代謝蛋白的豐度顯著降低[42-43]；桉樹在Cd 濃度大于60 mg/kg 時生長緩慢，葉片中硫醇和檸檬酸含量顯著增加，根中半胱氨酸（Cys）和GSH 含量明顯增加，葉中涉及APX、過氧化氫過氧化物酶（CPX）、class Ⅲ過氧化物酶（BPX）、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）的基因在中濃度Cd 脅迫（0.2 mmol/L）下多數轉錄水平升高[44-46]；樟樹在Cd 脅迫下生長良好，其凈光合速率與SOD 活性顯著正相關，與總葉綠素、MDA、可溶性糖和脯氨酸含量顯著負相關，根、莖、葉各器官中N、P、K 營養特征較為穩定，通過提高呼吸速率，增加滲透調節物質積累以增強對脅迫的適應[47-49]；鵝掌楸（Liriodendron chinense）主要在根中積累Cd 金屬，鎘脅迫下，其葉綠素含量顯著下降，細胞膜透性增大，葉片中CAT 活性降低，敏感的鵝掌楸種源葉片黃化、脫落，頂部萎蔫，根系變黑停止生長，而抗性強的鵝掌楸種源老葉脫落，大部分葉片卻仍保持綠色[50-51]；銀杏在Cd 脅迫下葉片葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率隨著脅迫濃度增加而下降，但細胞間CO2濃度則隨之而增加，葉片中SOD 和CAT 活性隨著脅迫時間的延長總體表現為先升后降的趨勢，POD 活性顯著高于對照組，通過調節抗氧化酶系統增強其抗性[52-53]；閩楠苗高生長量、地徑生長量和葉綠素含量在Cd 濃度低于5 mg/kg時表現為略微增加，但當Cd 濃度超過10 mg/kg時則受到顯著抑制[54]。Pb 脅迫抑制歐美楊高生長和徑向生長，其生物量顯著降低，光合作用減弱[55]；桉樹在Pb 脅迫下生長減慢，葉片出現毒性癥狀，葉片變薄、變黃并帶有褐色斑點，低濃度Pb2+處理（1 mmol/L）能誘導葉綠體基因表達，高濃度Pb2+處理（3 mmol/L）則顯著抑制葉綠體基因表達[56]；樟樹在低濃度Pb 處理下能進行正常的生理活動，當土壤Pb 濃度高于1 045 mg/kg 幼苗生長狀況顯著惡化，不能保持較高的Pb 轉移系數，其葉片中POD、SOD 活性隨著Pb 濃度的增加而呈現先升后降的趨勢[57-58]；低濃度的Pb 脅迫（50 mg/L）能促進鵝掌楸苗高和地徑的生長，葉片中SOD 和POD 活性增加，但隨著Pb 濃度升高和處理時間的延長，其生長量下降，葉片中SOD和POD 活性下降[58-59]。桉樹在Al 脅迫下葉片質膜透性、可溶性糖和可溶性蛋白含量顯著增加，葉片和根中丙二醛含量顯著增加，根中SOD、APX、多酚氧化酶（PPO)活性顯著增加，比葉片增幅更為明顯[60-61]；樟樹在中、高濃度Al 脅迫下（8～15 mmol/L），株高、基莖、葉柄長、葉片數和生物量均顯著降低，葉片光合作用受到抑制[62-63]；Wang 等[64]研究發現Al 脅迫誘導雜交鵝掌楸谷氨酸脫羧酶（GAD）蛋白豐度增加，使γ-氨基丁酸（GABA）生物合成增加，清除ROS，增強脯氨酸的生物合成，并上調毒性化合物外排轉運蛋白基因（MATE1和MATE2）的表達，促進檸檬酸對Al3+的螯合流出；低Al 濃度有利于銀杏生長，在濃度為0.2 mmol/L 時枝葉更為茂盛，新根更多，但隨著鋁濃度增加，對銀杏的毒害作用加大，抑制新根及葉片的生長，其根部發黑，腐爛枯死，枝條短小，葉片小而變黃[65]。在品種選育方面，美洲黑楊無性系Eridano 在5 mmol/L 鋅處理下仍能存活[36]，美洲黑楊無性系B-81、中荷1 號、歐美楊無性系L35 和I-107 表現出較強的耐Cd 能力[42,66]，歐美楊561/41 的耐Pb 能力較強[67]；尾葉桉ST-9 品種在極高Pb 濃度（56 mg /L） 處理下生長良好[56]，巨尾桉9 號具有耐鋁特性[68]。

目前，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種抗重金屬脅迫的研究主要集中在形態學和生理生化響應，包括生長異常，葉片變薄、變黃并帶有褐色斑點，根系發黑腐爛，根部富集重金屬離子，重金屬絡合物形成，抗氧化系統加強和氮素代謝異常等。多數樹種的抗金屬研究在分子層面還處于起步階段，需借助多組學手段進一步加強抗性生理的研究，找到控制重金屬傷害和抗性的關鍵因子，以便分離和克隆抗性基因，培育轉基因植株。

3 抗旱研究

全球干旱半干旱地區面積占陸地面積的三分之一，氣候惡化使各地干旱的情況日益頻發，林木的耐旱研究及耐旱品種選育受到廣泛關注。近年來，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在抗旱方面已開展了大量的研究。隨著生物學技術的發展，利用多組學方法初步揭示了林木抗旱的分子機制。

干旱脅迫下林木通過多種生理調節機制保證其生長，從而較大程度地適應了干旱的環境。干旱抑制亞熱帶地區主要闊葉用材樹種的生長，其葉面積和數量、樹高、地徑及根、莖、葉的生物量均顯著降低，葉片枯黃脫落，莖桿干縮，通過促進地下部分生長，抑制地上部分生長，調整根、莖、葉的生物量分配來適應脅迫環境，提高水分利用效率和維持較高的光合水平增強耐旱性[69-75]。隨著干旱脅迫加劇，闊葉用材樹種葉綠素含量、凈光合速率和蒸騰作用下降，葉片中MDA 含量和電解質泄漏增加，SOD、POD、CAT、APX 等酶活性增加，通過積累可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量緩解干旱對細胞的傷害[69,71,76-82]；干旱誘導歐美雜交楊葉片中活性氧和氮以及脂質過氧化，其細胞活力和總酚含量下降，主要通過積累脯氨酸和甜菜堿維持細胞膨壓[83]；桉樹在嚴重的干旱條件下通過增加槲皮醇的濃度進行滲透調節[84]；樟樹通過保持較低的葉片滲透勢（πtlp）和木質部張力導致導水率損失50% 時莖水勢（P50）、較高的最小莖水勢（ψmin）和較大的水力安全閾值（HSM）以提高在干旱環境下的存活率，輕度干旱脅迫誘導樟樹氣孔關閉，葉片積累脫落酸（ABA），葉水勢下降，嚴重的干旱脅迫會致其氣體交換恢復延遲[85-86]；雜交鵝掌楸的耐旱性與葉片內源激素有密切的關系，抗旱性強的無性系ABA 含量變化不明顯，吲哚乙酸（IAA）含量下降的幅度更大，玉米素核苷（ZR）與茉莉酸（JA）含量均較低，而抗旱性差的無性系則需積累較多的ABA 和JA 來抵御干旱脅迫[87]；干旱脅迫下銀杏葉萜內酯類物質含量隨著生長季節的變化呈“先升高后降低”的趨勢，適度干旱條件可以促進其萜內酯類物質的合成[88]。

干旱誘發林木潛在的保護機制，在分子上調控基因表達和細胞代謝以增強耐旱能力。Caruso等[89]通過mRNA 差異顯示技術在歐美楊葉片中分離出36 個與干旱脅迫相關的差異表達基因的cDNA，其中21 個cDNA 可能與已知的生物學過程有關；美洲黑楊通過抑制檸檬酸循環，積累多種碳水化合物作為滲透調節物質以減輕干旱脅迫的不利影響，其碳水化合物、氨基酸、脂質和能量的代謝參與其對干旱的響應[90]；Correia 等[91]研究發現干旱會對桉樹的光合作用、基因調控、細胞生長和次生代謝產物產生不利影響，通過增強光和滲透保護作用，激活與脅迫防御相關的途徑和轉變能量代謝以減輕脅迫影響；銀杏在干旱脅迫下許多參與甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝途徑的基因，如Gb_01536、Gb_01539、Gb_37290、Gb_23485、Gb_06259和Gb_27241等基因上調，NAC（NAM、ATAF 和CUC）轉錄因子基因Gb_12203、Gb_37720和Gb_12202的表達顯著上調[92]；閩楠在持續干旱條件下葉片參與光反應的光系統Ⅱ中的放氧復合蛋白和碳反應中卡爾文循環相關酶表達豐度下調，自身的防御系統、能量代謝以及糖代謝等生理過程減弱使其整體抗旱能力下降[93]。此外，通過轉基因手段使抗旱相關基因在林木體內過表達，可以增強植物的抗旱能力。轉基因'Nanlin895'楊中脂酰-?；d體蛋白硫酯酶CpFATB基因的過表達可以通過提高抗氧化酶活性以減少膜系統損害來增強其抗旱性[94]；Hao 等[95]將鵝掌楸中脫氫抗壞血酸還原酶LcDHAR基因轉入擬南芥，發現轉基因植株中AsA 水平提高致使其對干旱和鹽脅迫的抗性增強。在品種選育方面，南方型楊樹中'Nanlin 3412'、美洲黑楊‘秦黑楊1 號’、‘秦黑楊2 號’、‘田納西美3’、‘14-蘇8’、'St-123'、美洲黑楊2 號和美洲黑楊3 號耐旱性較強[69,96-97]；藍桉無性系CN5 具有干旱回避機制[77]，尾巨桉DH33-7、GL-4、GL-C3 和DH184-抗 旱 能 力較強[98-99]，而細葉桉KE8 最高可耐受1 000 mmol/L D-甘露醇[100]。

亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在適應干旱方面有較多的研究，但主要集中在形態學和生理生化方面，表現為林木生長受到抑制，葉片枯黃脫落，莖桿干縮，氣孔關閉，葉片水分利用率增強，光合作用減弱，抗氧化酶活性增強，滲透調節物質積累和植物內源激素誘導等。對抗旱分子機制的研究相對較少且不深入，需深入對抗旱基因的表達與調控的研究。目前，在林木中已分離并鑒定出一些與抗旱相關的基因，將抗旱相關基因與信號通路有效地鏈接及利用抗旱基因培育更多的抗旱植株是未來研究的重點。

4 耐澇研究

環境惡化，極端天氣頻發，全球范圍內洪澇災害的頻率和強度有所上升。亞熱帶地區春夏雨水集中，土壤排水不良容易發生澇災，部分亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在淹水脅迫下表現出耐澇的特性。

土壤水分過多會致使林木受到傷害甚至死亡，通過改變形態和生理代謝來適應淹水環境。耐淹性不同的歐美雜交楊在淹水后存活率有所不同，敏感無性系'D-64'、中度耐淹無性系'Rimini'和耐淹無性系'I-488'在淹水60 d 后存活率分別為16%、29%和38%[101]；赤桉具有一定的耐淹能力，成齡植株在持續淹水89 d （水深0～3.71 m波動） 后90%仍能存活，而幼齡植株的成活率約為30%[102]；樟樹耐淹性較好，在淹水28 d 后存活率為97.44%；北美鵝掌楸（Liriodendron tulipifera）不同家系的耐淹性不同，1 號和2 號北美鵝掌楸家系在9 cm 淹水32 d 后存活率為100%，而3 號和4 號家系在淹水16 d 時出現死亡，但存活率為80%以上[103]。闊葉用材樹種在淹水脅迫下葉片發黃或變黑、下垂脫落，葉緣有水漬灰斑，并且株高、莖高和葉片的生長速率受到抑制，根系容易發黑腐爛，耐淹的美洲黑楊和北美鵝掌楸在莖部位會形成不定根與肥大的皮孔以增強其耐淹能力[104-108]。此外，美洲黑楊在淹水處理下總葉片面積、氣孔導度和光合速率下降，但新葉的葉片面積和厚度增大[109]；北美鵝掌楸在淹水脅迫下葉片逐漸失去正常光合作用和水分代謝等功能，水中穿孔根加快生長以改變地上與地下部分比值適應淹水環境[106]。淹水脅迫誘導闊葉用材樹種葉片中O2-和H2O2、MDA 含量增加，通過增加POD和SOD 活性及積累脯氨酸含量增加以減少氧化傷害 和維持細 胞 平衡[105,107,110-111]；美 洲 黑楊在淹 水脅迫下葉片相對含水量、葉綠素、類胡蘿卜素和可溶性糖含量降低[105]；樟樹隨著淹水時間的延長葉綠素含量先升后降或持續上升，其葉片可溶性糖顯著高于對照組[112]；耐淹的北美鵝掌楸淹水后葉綠素含量下降，電導率先增加后緩慢下降，耐淹的雜交鵝掌楸在淹水處理下葉片ABA 含量變化幅度較小，而耐澇性差的雜交鵝掌楸IAA 變化幅度小，需維持較高的JA 含量來抵御脅迫[107,113]；銀杏在淹水處理下葉綠素含量降低，葉片的初始熒光明顯上升，最大熒光、PSⅡ最大光化學效率Fv/Fm、PSⅡ潛在光化學活性Fv/Fo 顯著下降[114]。

林木遭受淹水脅迫后，體內多類轉錄因子基因參與對脅迫的響應。Li 等[115]發現美洲黑楊通過調節內源激素、抗氧化系統、不定根發育和耐澇性相關的基因的表達來提高其耐澇性，并推測乙烯響應轉錄因子（RAP）、NAC、含WRKYGQK高度保守序列NAC（WRKY）和堿性螺旋-環-螺旋（bHLH）轉錄因子在美洲黑楊耐澇中起到重要作用。譚胤靜等[116]鑒定了北美鵝掌楸無性系在淹水脅迫下的轉錄因子基因，獲得了214 161 個unigenes，鑒定出77 個轉錄因子家族，發現植物轉錄因子（MYB）、Zinc finger、NAC 等轉錄因子家族差異表達數量最多，其中NAC、WRKY、APETALA2/乙烯反應因子（AP2/ERF）、Golden2-like等家族的轉錄因子表達普遍上調，而Zinc finger、Orphans、Zn-clus 等家族的轉錄因子大部分在淹水敏感無性系中顯著下調表達。在品種選育方面，美洲黑楊‘2025’楊的耐澇性較強[104]，美洲黑楊丹紅楊在淹水65 d 后仍能正常地生長[117]；北美鵝掌楸家系Louis-1 和Louis-2 在淹水30 d 以上仍能存活[103]。

目前，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種耐澇的研究主要集中在形態學和生理生化水平，包括林木生長減緩，根系發黑腐爛，莖部位形成不定根與肥大的皮孔，光合速率下降，抗氧化酶系統激活和植物內源激素誘導等。多數闊葉用材樹種還未展開在分子層面的研究，林木有關耐澇基因篩選方面的研究較少，耐澇基因表達與調控方面的研究也是微乎其微?？缮钊胙芯磕蜐沉帜拘螒B及代謝適應的分子機制，找到耐澇關鍵基因，再通過轉基因手段尋找抗澇相關途徑。

5 耐寒研究

低溫是限制植物區域分布的主要因素之一，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種多數耐寒性較差，抗寒機理的研究有利于其北移引種。林木早期耐寒的研究主要集中在形態、生理生化和引種馴化等方面，近幾年在分子水平及基因工程方面也有了較多的研究。

林木在低溫脅迫下形態與生理生化特征均發生變化。亞熱帶地區主要闊葉用材樹種受凍后主要表現為生長受到抑制，葉片失綠萎蔫下垂，出現黑褐色斑塊，葉面會出現結冰，葉脈紋理加粗易脫落，幼樹頂尖由綠變褐變黑死亡，主干樹皮變黃褐色浮起或縱向開裂，根莖處多皮爆裂白色木質部外露[118-121]。多數闊葉用材樹種在低溫脅迫下O2-、H2O2、MDA 含量顯著增加，脯氨酸和可溶性糖含量顯著高于常溫處理，葉片中SOD、CAT 隨著脅迫時間的延長呈現先上升后下降的趨勢[118,122-125]；美洲黑楊隨著溫度的降低葉片可溶性蛋白和MDA 含量呈現先升高后降低的趨勢[122]；尾巨桉在低溫下葉片CAT、POD、SOD 活性、內源激素細胞分裂素（CTK）和赤霉素（GA）含量與常溫相比有不同程度的下降[118]，耐寒性強藍桉無性系具有較低的黎明前水勢(ψpd)、較高的葉片膨壓、較穩定光合色素和可溶性蛋白含量[126]；樟樹葉片脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量隨著溫度的降低呈先降后升的變化趨勢[127]；雜交鵝掌楸在4 ℃低溫下葉片中O2-、H2O2和NO 含量顯著增加，誘導SOD、CAT 和NOS 活性增加以減輕氧化傷害[120]；閩楠半致死溫度為-2.9 ℃，隨著脅迫溫度降低及處理時間的延長，閩楠幼苗葉片細胞質膜透性、SOD 酶活性和脯氨酸含量增加，MDA 含量先下降后上升，葉綠素含量呈持續下降趨勢，其凈光合速率和暗呼吸速率先降低后升高，蒸騰速率逐漸降低，水分利用率逐漸增加，降低代謝以適應低溫環境[121,128]。

林木在低溫脅迫下基因表達水平發生改變。低溫可以促進藍桉葉中抗寒基因KIN10的表達，刺激光合作用，促進光同化物的產生，同時誘導脫水素基因EuglDHN1，EuglDHN2和EuglDHN10在葉片和莖組織中的轉錄表達，抗寒基因型表達量顯著高于敏感基因型[129-130]；陸暢等[131]通過對抗寒性最強的安徽大別山種源的鵝掌楸構建數字基因表達譜和篩選差異表達基因，發現了9 個與鵝掌楸抗寒性有關的差異表達基因，分別為熱激蛋白（HSP）、MYB、NAC、花分生組織決定蛋白（AP2）、Zinc finger、WRKY、脂肪酸脫氫酶（FAD）、Phospholipase和β-amylase基因；Zhang等[132]研究發現耐寒種源的閩楠冷脅迫下相關基因的轉錄分化較強，體內的轉錄因子基因RAP2-3、NAC2、NAC43、WRKY47和WRKY51可能與冷脅迫響應有關，寒冷敏感的種源中淀粉代謝相關基因的表達變化較大，轉錄因子BF3、鋅指蛋白（ZAT10）和R2R3-MYB 蛋白（MYB308和WER）基因被誘導變化。此外，借助基因工程可以提高植物的耐寒性。王建格等[133]將樟樹CRT/DRE 結合因子（CBF）轉錄因子基因CcCBFc轉入擬南芥后，可顯著提高轉基因植株的POD 和CAT 活性，促進過氧化物酶基因和抗壞血酸過氧化物基因的表達，增強轉基因植株的抗凍能力。在品種選育方面，楊樹中南抗楊、歐美楊無性系Qg 的抗寒性較強[122,134]；桉樹中‘常寒1 號桉’、鄧恩桉17913、20665 和17922、本沁桉18788、尾葉桉 × 細葉桉無性系5、10、11 號、巨桉無性系常寒1 號、藍桉無性系CN5、2 號鄧恩桉99/0 和4 號鄧恩桉98/27 耐寒性較強，常寒1 號桉’在持續冰凍30 d 極端低溫-10 ℃能存活并在次年正常生長，鄧恩桉99/0 和4 號鄧恩桉98/27 種質的低溫半致死溫度分別為-5.31 ℃和-5.16 ℃[125,135-138]；樟樹中寒樟801、樟樹表型1 號（20120409）、大葉樟（Cinnamomum austrosinense）表型3 和表型5 抗寒性較優，其中寒樟801 可耐-16～-14 ℃的低溫[139-141]。

亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在抗寒領域的研究已有一定的進展，主要表現為生長受到抑制，葉片失綠出現黑褐色斑塊，樹皮開裂，活性氧和自由基保護酶系統激活，滲透調節物質積累和抗寒相關基因表達等。但仍需加強抗寒分子機制的研究，涉及抗凍蛋白、細胞信號轉導及抗寒基因表達等方面需要進一步研究，完善抗寒基因表達系統。在品種選育方面，采用引種馴化來改良林木的耐寒性是有限的，未來可加強抗寒相關基因的篩選，通過基因工程技術培育抗寒性較強的品種。

6 耐熱研究

全球變暖，夏季高溫天氣頻率與持續時間增加，植物的生長面臨高溫脅迫的挑戰。植物在超過適宜溫度10～15 ℃時會產生熱激反應，獲得耐熱性以抵御高溫[142]。亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在耐熱方面的研究相對較少，研究主要集中在生理特征分析，大多數闊葉樹種在分子層面和抗性育種方面還未展開研究。

高溫影響林木的生理生化過程。多數亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在高溫脅迫下葉片中ROS和MDA 含量顯著增加，誘導SOD 和POD 活性顯著升高以降低氧化損傷，蒸騰速率和水分利用效率明顯降低[143-145]。桉樹隨著高溫處理時間的延長，葉片氣孔關閉，凈二氧化碳同化率降低，葉綠素含量持續下降，葉片中總抗壞血酸濃度降低，谷胱甘肽濃度變化較小，幼葉和老葉中玉米黃質含量增加，增強葉黃素脫環氧化狀態，從而最大程度減少葉片的光氧化傷害[143,146-147]；樟樹在35 ℃和45 ℃高溫處理后光合速率、氣孔導度降低，葉片中單萜排放量增加，可在細胞中充當抗氧化劑[148-149]；銀杏在48 ℃高溫下葉片萎蔫，植株下部整張葉片和上部邊緣葉片發黃[150]；銀杏在溫度升高初期，其葉片相對電導率增加，SOD和POD 活性均降低，葉片細胞膜對短暫高溫具有一定的穩定性，在升溫后期，葉片SOD 活性增加，POD 活性下降，通過調節抗氧化酶活性有效地控制體內活性氧代謝，維持葉片細胞膜穩性和完整性[145]。

WRKY基因廣泛參與植物對高溫的應答。Cheng 等[151]研究了銀杏WRKY 家族中10 個Gb-WRKY基 因(GbWRKY2、GbWRKY3、GbWRKY5、GbWRKY7、GbWRKY11、GbWRKY15、GbWRKY23、GbWRKY29、GbWRKY31、GbWRKY32)在高溫下的表達模式，發現其表達水平均下調。在品種選育方面，銀杏品種洞庭皇1 號、郯城馬鈴2 號、大龍眼、銀杏品系10 號、21 號、31 號、32 號、37 號和41 號的耐熱性較好[152-153]。

亞熱帶地區主要闊葉用材樹種在耐熱方面的研究較少，生理生化響應包括葉片氣孔關閉，光合速率和蒸騰速率降低，抗氧化酶誘導等。雖然在生理機制方面的研究取得了一定的進展，但許多機理目前還尚不清楚，需深入研究抗性生理和分子機理。銀杏的耐熱研究中已發現一些轉錄因子與其抗熱性有關，可借助生物學技術進一步篩選和鑒定熱脅迫相關基因。

7 討論與展望

近年來，國內外學者對農作物抗逆性機制進行了大量的研究，在植物響應非生物脅迫機理和基因工程育種方面取得了階段性的進展。在應對不同環境脅迫時，植物會引起相似的應答反應，造成相似的細胞損傷。在抗性分子機制方面的研究已較為清晰，闡明了應答非生物脅迫過程中的信號轉導和基因表達調控途徑，許多激素和轉錄因子在植物抗逆中的作用也得到揭示。目前，抗旱耐鹽堿轉基因作物相繼面世，具有抗蟲、抗病、耐除草劑等性狀的轉基因作物已大面積推廣應用[154]。與農作物相比，亞熱帶地區主要闊葉用材樹種的抗逆性研究進展較為緩慢，雖然在形態結構、生理生化、分子遺傳、基因工程和育種等方面已取得了一定的進展，但各樹種研究的廣度和深度不盡相同，抗逆機理不清，深層次分子機制的研究較少，可應用推廣的良種/新品種缺乏。多數闊葉用材樹種對抗逆機理的研究局限于形態學與生理生化水平，分子機制的研究未展開或停留在起步階段。在基因工程方面的研究也較少，對重金屬脅迫、極端溫度和淹水脅迫等非生物脅迫的研究還較為薄弱。很多抗逆研究還停留在試驗中，試驗結果較少用于實際生產中。

幾種闊葉用材樹種在非生物脅迫的研究多數圍繞單一脅迫因子，復合脅迫試驗還有待于開展。林木通過多種途徑抵抗脅迫影響，不同林木的抗性方式不同，鑒定林木的抗逆性需結合林木特點，運用多指標綜合評價林木的抗逆能力，建立科學的評估體系，研究簡易有效的測定方法。目前，楊樹[155]、桉樹[156]、牛樟[157]、鵝掌楸[158]、銀杏[159]、閩楠[160]等樹種已完成全基因組測序，為林木分子水平抗逆機理的研究提供了基礎，對林木抗性機制的研究重點也應由分析脅迫下生理生化反應轉向篩選抗逆關鍵基因，在分子水平上還需借助轉錄組、蛋白組、代謝組等組學研究方法進一步研究闊葉用材樹種在非生物脅迫下的信號轉導途徑、脅迫相關蛋白、抗逆基因的表達、調控與功能等。篩選和克隆抗逆相關基因，完善表達系統。實際生產中，可將植物抗逆基因表達與緩解脅迫傷害技術相結合提高林木的抗逆性。

亞熱帶地區主要闊葉用材樹種的抗逆性研究在林業大有可為。不利的環境因子限制了一些具有較高生態價值和經濟價值樹種的生長發育和分布范圍。筆者認為，在資金和精力有限的情況下，對非生物脅迫的研究可針對樹種的特性和栽培的需要有重點地進行，如南方型楊樹一般具有耐水的特性，且多在濱湖平原易淹水地區栽培，就可重點研究其淹水脅迫，選育更加耐水的良種；而鵝掌楸最大的不足就是不耐水澇，而南方降雨導致淹水和積水現象比較普遍，故可加強其耐澇性研究，提高其淹水脅迫能力；亞熱帶地區一般夏季高溫干旱，對在易干旱的立地上栽培的樹種，則要加強其抗高溫干旱特性的研究；樟樹易受冰凍影響，可考慮其抗寒性研究等。目前，通過優株選育，已獲得了一些抗逆性強的闊葉用材樹種無性系良種/新品種，但距離大范圍應用推廣仍有一定距離。采用傳統的育種方式提高林木的抗逆性是有限的，現階段應在傳統育種的基礎上更多地借助現代生物技術手段進行改良選育?？杉哟髮α帜痉N質資源的收集，通過SNP、EST、SSR 等分子標記技術構建植物遺傳圖譜，標記和定位標記和定位優質的抗性基因，再建立高效的遺傳轉化體系，加快轉基因抗性品種的培育。