活性氧物种(O2•?/H2O2)调控美洲黑杨木质形成及生物量积累的生化机制研究

本研究揭示了活性氧物种(ROS)在美洲黑杨木质部发育中的关键作用。研究人员通过对比分析速生型(Wimco-109)和慢生型(Wimco-83)克隆株系发现，超氧阴离子(O2•?)促进生长而H2O2导致木质化增强。研究证实NADPH氧化酶(NOX)活性差异调控ROS平衡，为造纸工业选育低木质素材料提供了新思路。

　　

在木本植物发育过程中，次生木质部(木材)的形成依赖于复杂的xylogenesis过程。这项针对美洲黑杨(Populus deltoides)的研究，通过水培培养筛选出具有显著生长差异的Wimco-109(速生型)和Wimco-83(慢生型)克隆株系，揭示了活性氧物种(ROS)在木材形成中的双刃剑效应。

研究发现，具有较大叶面积和茎秆直径的Wimco-109植株表现出更高的超氧阴离子(O₂^•?)积累，其NADPH氧化酶(NOX)样活性显著增强。除超氧化物歧化酶(SOD)和愈创木酚过氧化物酶(G-POD)外，抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)等抗氧化酶活性也明显占优。

与之形成鲜明对比的是，Wimco-83植株的木质部和韧皮部呈现过度木质化特征，这与过氧化氢(H₂O₂)的过量积累密切相关。生化分析显示该株系存在更显著的脂质过氧化现象和非蛋白硫醇含量升高。

特别值得注意的是，茎秆直径生长与超氧阴离子水平呈正相关，而低H₂O₂产量导致Wimco-109木质化程度降低——这一特性使其成为造纸工业的理想原料。组织化学和生化研究结合凝胶内酶活性分析最终证实，O₂^•?和H₂O₂的动态平衡对木材形成和生物量积累具有决定性作用。