5个构树地方品种耐寒性状研究

王 乾，杨 亮，胡艳敏，王晓琴，沈世华

(1.北京农学院 生物科学与工程学院，北京 102206；2.北京市中关村中学，北京 100086； 3.中国科学院植物研究所 北方资源植物重点实验室，北京 100093；4.中国科学院大学 生命科学学院，北京100049；5.北京农学院北京林果业生态环境功能提升协同创新中心，北京 102206)

构树(Broussonetiapapyrifera)属于桑科构属，别名楮桃树、大构等，是中国重要的乡土树种资源，雌雄异株，多年生落叶乔木，全株富含乳汁；叶卵形，裂片极不规则，边缘有粗锯齿，叶片密被柔毛[1]，具有非常重要的经济和生态价值。

构树在中国的分布范围极其广泛[2]，在漫长的进化过程中，不同地域的构树在表型以及生理方面形成了一定的差异。中国冬天南北方温差很大，因此南方的优良品种很难在北方过冬，种植范围也受到了很大限制。低温耐抗性直接关系到构树在全国的推广和种植。

植物具有一系列的生理适应机制，在低温应答的过程中有很多的酶、转录因子、信号分子、蛋白质等参与其中[3，4，5]。随着深度测序技术、质谱技术和生物信息学技术的发展，一些新的冷胁迫相关的基因、蛋白质被检测挖掘，为阐明低温应答分子机制提供了新的思路和方向。近年来，全基因组关联分析越来越多地应用于挖掘复杂性状的关键基因，为研究构树的低温应答网络机制提供了方向。在水稻[6]、玉米[7，8]等植物中已经验证了利用全基因组关联分析的方法研究植物的耐寒性是快速有效地，可以在最短的时间内找到低温应答的关键基因，为网络机制的分析和耐寒性状的改良提供有力的数据支撑。

低温性状是多基因影响的复杂性状，对单个基因进行研究不能解决根本问题的考虑。通过资源圃的建立、越冬过程中不同地区构树表型性状的观察统计，筛选可以用于后期全基因组关联分析的抗寒指标，为挖掘构树响应低温过程中的关键基因、培育耐低温构树提供表型数据。基于此，以5个越冬存活率不同的构树地方品种为试验材料，进行的耐寒性研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从北京市海淀区香山公园、河北省保定市、江苏省南京市中山陵公园、贵州遵义市湄潭县和云南省西双版纳勐仑镇(表1)收集而来的构树地方品种，种子萌发后定植于北京顺义种质资源圃中，采取完全随机区组设计，每种源重复50株，株行距3 m×2 m，常规抚育。试验所用构树均为一年生构树，秋季温室萌发练苗后，来年6月份定植于资源圃中，不同种源的构树同时萌发、练苗、定植，生长环境完全一致。

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

1.2 试验方法

在芽组休眠前剪取构树枝条顶端向下20、20～40、40～60 cm的枝条段,去除叶片，称取枝条鲜重，然后将枝条在80 ℃烘箱中烘干，计算含水量。

在芽组休眠前截取不同地区构树枝条顶端向下10 cm处的薄片，利用间苯三酚染色后，体视显微镜下观察拍照，计算木质部长度占横截面半径的比例以及木质部面积占横截面积的比例。

在芽组休眠前截取不同地区构树枝条顶端向下20 cm的枝条段，充分研磨至粉末状，采用范氏测定法测定酸性洗涤木质素[9](ADL)含量。每个样品3次重复。

2 结果与分析

2.1 5个构树地方品种秋季休眠前枝条含水量分析

含水量测定结果发现枝条顶端向下含水量不断减少，越幼嫩的部位含水量越高。北京和河北的构树枝条含水量低于江苏、贵州和云南的构树枝条含水量(如图1所示)，越冬前休眠的过程中，北方来源的构树停止生长，枝条含水量迅速降低，顺利进入休眠，所以北方来源的构树低温耐抗性强于南方来源的构树。

图1 5个构树地方品种枝条顶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个构树地方品种秋季休眠前枝条木质部染色分析

木质部染色分析结果显示，北京和河北的构树枝条木质部长度占横截面半径的比例高于江苏、贵州和云南的构树枝条，木质部面积占横截面面积的比例也高(如图2、图3所示)。这说明北京和河北的构树枝条木质化程度更高，可能是由于其进入休眠更加快速，在休眠的过程中含水量快速降低、木质化程度快速提升，以抵抗寒流。

图2 5个构树地方品种枝条木质部染色Fig.2 The Xylem staining of shoot in five local varieties of B. papyrifera

图3 5个构树地方品种枝条木质部占横截面的比例Fig.3 The proportion of xylem in cross section of branches in five local varieties of B. papyrifera

2.3 5个构树地方品种秋季休眠前枝条木质素含量测定结果

通过对枝条顶端幼嫩部分的木质素含量进行测定，发现北京和河北的构树枝条木质素含量高于江苏、贵州和云南的构树(图4)，枝条的木质素含量与植株的低温耐抗性紧密相关，枝条在休眠过程中的木质化可以提升植株对低温的耐抗性。

图4 5个构树地方品种枝条顶端20 cm木质素含量Fig.4 The lignin content in shoot top part of twenty cm in five local varieties of B. papyrifera

3 讨 论

通过对全国5个构树地方品种种质资源的收集整理，建立了种质资源圃，试验基地的构树北方来源的构树全部可以安全越冬，南方来源的构树基本枯死，中部来源的构树地上部分会抽干，来年基部萌芽。本文作者统计分析了不同地区来源的构树越冬过程中的含水量、木质素含量以及木质部占横截面的比例。发现在越冬前休眠的过程中，北方来源的构树木质部占横截面的比例更高，枝条含水量低于南方来源的构树，木质素含量高于南方来源的构树，而枝条含水量和木质素含量直接影响植株的耐寒性，导致南方地区的构树在北方不能正常越冬，发生抽干或枯死现象。南北方构树在越冬的过程中对低温的抵抗能力有显著的差异，主要表现在枝条含水量、木质素含量以及木质部占横截面的比例，这些指标可以作为不同地区构树耐寒性的主要指标用于后续的GWAS分析，为挖掘构树耐寒性相关候选基因提供重要的表型数据。