两种苹果砧木锌耐受性差异的生理与分子机制：细胞壁固定与基因调控的关键作用

推荐：为解析苹果砧木对过量锌（Zn）耐受性差异的机制，研究人员比较了耐性较强的湖北海棠（Mh）和敏感的山定子（Mb）在100 μM Zn胁迫下的生理响应与基因表达。结果表明，Mh通过增强细胞壁（CWs）对Zn的固定能力、降低Zn转运因子（Tf ）、上调金属耐受蛋白（MTP1/MT2）基因表达等协同机制减轻Zn毒害，为筛选耐Zn砧木提供了理论依据。

　　

随着工业活动和农业投入导致果园土壤锌（Zn）污染加剧，过量Zn会引发植物生长抑制、氧化损伤甚至死亡。苹果产业中，砧木的选择直接影响接穗对重金属的耐受性，但不同苹果砧木对Zn胁迫的响应机制尚不明确。湖北海棠（Malus hupehensis, Mh）和山定子（Malus baccata, Mb）作为常用砧木，表现出显著的Zn耐受性差异，这背后隐藏着怎样的生理与分子奥秘？

为揭示这一差异，国内研究人员通过水培实验，对比分析了两种砧木在1 μM（对照）和100 μM Zn胁迫下的表现。研究发现，Mh的叶片解剖结构破坏更轻，根系和茎部Zn浓度分别比Mb低14.2%和50.25%，且Zn转运因子（T_f
）降低更显著。进一步分析表明，Mh通过三大策略增强耐受性：一是将更多Zn以水不溶性形式（如pectate/protein-Zn）固定在细胞壁（CWs）中，其CW组分（如半纤维素HC1）的Zn结合能力更强，傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示其功能基团（如–COOH、–OH）振动峰位移更明显；二是维持更稳定的氧化还原平衡，其超氧阴离子（O₂
^.-
）和过氧化氢（H₂
O₂
）积累较少，抗氧化酶（如SOD、POD）和非酶物质（如抗坏血酸ASC）响应更高效；三是差异化的基因调控，Mh显著下调Zn吸收基因（NRAMP1、YSL7）和转运基因（ZIP4），同时上调解毒基因（MT2、MTP1），而Mb则表现出相反的调控趋势。

关键技术方法
研究采用水培体系控制Zn浓度，通过光合参数测定、原子吸收光谱分析Zn含量，结合亚细胞分级和化学形态提取法解析Zn分布，利用FTIR表征细胞壁功能基团，并通过qPCR检测Zn相关基因表达。

研究结果

1. 生长与解剖特性：Zn胁迫下Mh的净光合速率（Pn）、生物量降幅更小，叶片栅栏组织破坏较轻。
2. Zn积累与转运：Mh根系和茎部Zn浓度分别比Mb低14.2%和50.25%，T_f
   降低34.26%。
3. 化学形态与亚细胞分布：Mh根系水不溶性Zn占比更高（如pectate/protein-Zn），且80% Zn分布于细胞壁。
4. 细胞壁机制：Mh的CW中pectin和HC1含量更高，FTIR显示其–COOH/–OH基团Zn结合能力更强。
5. 氧化应激响应：Mh的O₂
   ^.-
   、H₂
   O₂
   和丙二醛（MDA）积累较少，抗氧化系统激活更协调。
6. 基因表达调控：Mh显著下调NRAMP1、YSL7等转运基因，上调MT2和MTP1等解毒基因。

结论与意义
该研究首次系统揭示了苹果砧木Zn耐受性差异的生理与分子机制：Mh通过“限制Zn迁移（细胞壁固定）-减轻氧化损伤（抗氧化协同）-精准基因调控（转运抑制/解毒增强）”三位一体的策略实现高效耐受。成果不仅为果园Zn污染区的砧木选育提供了分子靶点（如MTP1、MT2），也为重金属植物修复研究提供了新思路。论文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，标志着苹果砧木抗逆机理研究的重要进展。