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李春阳小组：逆境中的植物更坚强

植物在逆境条件下的抗逆性（包括抗低温、抗干旱、抗盐碱、抗紫外线等）会发生怎样的改变？不同的生态环境和条件对植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、能量代谢与物质生产有怎样的影响？在国家自然科学基金项目的支持下，中科院成都生物研究所李春阳课题组对干旱胁迫下杨树的用水效率、脱落酸积累及抗旱基因表达进行了探索。研究人员发现，逆境中的植物更坚强。

“这些研究可以加深对树木抗旱机制的认识，为我国高原地区、干旱半干旱地区营造人工林，为木本植物的抗逆性研究，林木的遗传育种，以及退化生态系统的恢复与重建提供理论依据与科学指导。”李春阳说。

脱落酸（abscisicacid，ABA）是一种能引起芽休眠、叶子脱落和抑制生长等生理作用的植物激素。高等植物各器官和组织中都有脱落酸，其中以将要脱落或进入休眠的器官和组织中较多。研究发现，脱落酸在植物的生长发育过程中，主要功能是诱导植物产生对不良生长环境（逆境）的抗性，如诱导植物产生抗旱性、抗寒性、抗病性、耐盐性等。

李春阳等人以杨树为模型植物，通过研究不同程度干旱胁迫下，杨树的水分利用效率、脱落酸积累和有关形态、生理生化等指标的相应变化，比较了干旱适应性的种间和种内差异，以及作物喷施脱落酸和施肥等不同措施对其抗旱性的影响，从而探究植物的生理代谢与其生长发育和生态适应的关系。

“我们的研究发现，干旱显著抑制了生长和光合作用。”李春阳说，“植物通过气孔的张开和关闭来控制水分的散失，从而提高了水分的利用效率。但这一过程影响了很多植物的生理生化过程，如提高了脯氨酸、丙二醛、脱落酸含量及超氧化物歧化酶的活性。”

李春阳介绍说，不论在什么水分状况下，叶片中的脱落酸含量显著高于茎和根部。从而可以推断是脱落酸从其他器官向叶片高水平输入的结果。在土壤干旱胁迫下，脱落酸启动植物叶片细胞质膜上的信号传导，诱导叶片气孔不均匀关闭，减少植物体内水分蒸腾散失，提高植物抗干旱的能力。

研究发现，在干旱来临前，通过对作物施用脱落酸，可使树苗等作物度过短期干旱，而保持苗株鲜活。另外，高浓度的脱落酸能表现对植物活性的抑制。应用高浓度脱落酸喷施植物的叶茎，可抑制地上部分茎叶的生长，提高地下块根部分的产量和品质。

研究小组对分布区域不同的杨树种分析研究发现，来自高海拔地区的品种比低海拔地区的品种更抗旱。“种内的抗旱性能也有差异。在海拔相差不大的地区，干旱地区的植物种群较湿润地区的种群具有更强的抗旱能力。抗旱能力强的杨树种，种群能更敏感地响应外源脱落酸的喷施。我们的研究还发现，施肥在水分充足时可促进植株生长，而在干旱胁迫下对植株生长有一定的副作用。”李春阳说。

该项目以杨树抗旱性为主线，通过在生长室内的盆栽植物对不同程度干旱胁迫下用水效率、生物量积累与分配、脱落酸含量等的研究，集生态、生理与生物化学分析方法于一体，研究生命系统与环境系统相互作用的生态生理机理，强调了生态学研究中宏观与微观的紧密结合，对生态现象的研究不仅注意了解外界的作用条件，而且注意分析内在的作用机制。

李春阳说，脱落酸作为一种激素逆境信号，活化了与抗旱诱导有关的基因。在干旱胁迫下，植物形态结构变化有利于水分的吸收和传导，从而提高水分的利用效率。同时，生物量向根部的分配增加，叶面积、边材面积比发生变化，这种生物量分配转移提高了根和茎向叶片输水能力。干旱胁迫容易引起光能过剩，过剩的光能会对光合器官产生潜在的危害。依赖于叶黄素循环的热耗散是光保护的主要途径，同时酶促及非酶促系统也是防止光合器官破坏的重要途径。