植物激素介导雌雄青杨对UV-B胁迫的生理响应

Phytohormone-mediated Modulation of UV-B Stress Physiological Responses in Male and Female Populus cathayana

摘要

光是调节植物生长发育不可或缺的环境因子，而UV-B辐射则会干扰植物正常的生长发育，引发氧化损伤并抑制光合作用。为探究杨树（Populus）对UV-B胁迫的形态生理响应特征及潜在机制，以雌雄异株青杨（Populus cathayana）为材料，进行UV-B胁迫及外源生长素（IAA）、乙烯前体（ACC）、茉莉酸甲酯（MeJA）、水杨酸（SA）和褪黑素（MT）添加处理，测定叶片光合参数、抗氧化指标、激素含量和相关基因表达量及茎和叶花青素含量，并对这些指标进行主成分分析（PCA）。结果表明：在UV-B胁迫下，雌、雄青杨叶片净光合效率下降，活性氧（ROS）积累量增加，雄株对UV-B的耐受性强于雌株。在UV-B胁迫下，外源激素添加处理能够在不同程度上改善青杨叶片光合性能，调控ROS稳态，其中，IAA、ACC和MT添加处理对雌性青杨的UV-B胁迫缓解效果优于雄性青杨。SA添加处理显著降低青杨叶片H₂O₂含量；MeJA添加处理进一步促进青杨器官花青素积累并降低叶片H₂O₂含量，提高净光合效率及青杨对UV-B的耐受性。此外，PtrJAZ1/2/3/5/9基因相对表达量在UV-B胁迫和MeJA添加处理下均显著上调，暗示其可作为茉莉酸（JA）信号通路的关键调控因子，介导花青素合成与胁迫响应。综上，在UV-B辐射胁迫下，雄株比雌株表现出更强的生理可塑性与抗逆潜力。本研究为植物抗逆栽培与激素调控提供了实践启示。

Abstract

Light is an indispensable environmental factor for plant growth and development. However， UV-B radiation interferes with normal growth processes， causing oxidative damage and inhibiting photosynthesis. To explore the morphological and physiological characteristics and underlying mechanisms of poplars to UV-B stress， dioecious Populus cathayana were used as materials. The cuttings were subjected to UV-B stress alone or combined with exogenous applications of exogenous phytohormones（indole-3-acetic acid（IAA）， 1-aminocyclo-propanecarboxylic acid（ACC）， methyl jasmonate（MeJA）， salicylic acid（SA） and melatonin（MT））. A series of indictors were conducted， including leaf photosynthetic parameters， antioxidant activities， hormone contents， relative expression levels of related genes， anthocyanin contents in stems and leaves， as well as principal component analysis（PCA）. Results showed that under UV-B stress， the net photosynthetic efficiency decreased， and the reactive oxygen species（ROS） molality increased in P.cathayana leaves， with male exhibiting stronger tolerance to UV-B than female P.cathayana. Exogenous hormone applications alleviated UV-B stress-induced damage by improving leaf photosynthetic performance and regulating ROS homeostasis. Specifically， IAA， ACC， and MT treatments exerted more pronounced alleviating effects on female than that on male P.cathayana under UV-B stress. SA application significantly reduced the H₂O₂ content in leaves. MeJA application promoted organ anthocyanin accumulation， decreased leaf H₂O₂ content， and enhanced net photosynthetic efficiency and UV-B tolerance on P. cathayana. In addition， the relative expression levels of PtrJAZ1/2/3/5/9 genes were significantly upregulated under both UV-B stress and MeJA treatment， suggesting that these genes may act as key regulators in the JA signaling pathway， mediating anthocyanin synthesis and stress responses. In conclusion， males displayed greater physiological plasticity and stress resistance potential than female P. cathayana under UV-B radiation stress. This study provides practical insights for stress-resistant plant cultivation and hormone regulation in practices.

光照是调节植物生长发育的关键因素，它不仅参与光合作用，为植物提供能量，还在整个植物生命周期中发挥重要作用^［1］。然而，随着大气臭氧层不断变薄，到达地球表面的UV-B辐射不断增加。强的UV-B辐射会诱导活性氧（ROS）积累，引起植物细胞膜脂和蛋白质氧化损伤^［2］。此外，UV-B还会损害植物光系统Ⅱ（PSⅡ）反应中心，降低光合效率，最终抑制植物生长^［3］。长时间的UV-B暴露会进一步破坏激素稳态和代谢途径，从而损害植物的抗逆性和生产力^［4］。

植物通过UVR8（UV Resistance Locus 8）蛋白感知UV-B光信号，UVR8在细胞质中以非活性二聚体形式存在。被UV-B激活后，UVR8转化为活性单体形式并进入细胞核，通过影响下游转录因子活性调节植物的光形态建成和胁迫响应^［5-6］。UVR8蛋白过表达会引起类黄酮积累^［7-8］。拟南芥（Arabidopsis thaliana）突变体utv1的查尔酮合酶表达上调，导致类黄酮积累增加，从而增强其对UV-B辐射耐受性^［9］。类黄酮具有吸收紫外线并清除ROS以防止UV-B损伤的作用，其中，花青素在清除ROS积累方面表现出较强的抗氧化活性^［10-11］。在子叶中，UVR8与MYB13相互作用，上调花青素生物合成相关基因表达，从而提高植物对UV-B辐射抗性^［12］。因此，包括花青素在内的类黄酮积累是植物在高强度UV-B环境下的关键适应策略，有助于维持植物光合效率和正常生长发育。

植物激素是一类小分子化合物，可以提高植物的抗逆能力。褪黑素（melatonin，MT）可以刺激抗氧化酶活性以清除ROS积累，保护叶绿体结构的完整性，且上调防御基因的表达，以增强植物对UV-B的耐受性^［13］。高强度UV-B处理下，生长素调节的基因被激活，促进子叶膨大^［12］。UV-B辐射会引起内源茉莉酸（jasmonic acid，JA）和水杨酸（salicylic acid，SA）水平上升，调控防御基因表达，增强植物抗逆性^［14-15］。在苹果（Malus domestica）愈伤组织及叶片中，JAZ1-TRB1-MYB9模块可以动态调控JA介导的花青素和原花青素积累^［16］。在茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MeJA）处理下，激活SmTAT1和SmDFR基因表达，导致丹参（Salvia miltiorrhiza）毛状根中花青素积累^［17］。此外，暴露于UV-B辐射下的葡萄（Vitis vinifera）叶片中乙烯含量升高，乙烯响应蛋白水平也相应增高^［18］。植物在响应UV-B胁迫时会诱导植物激素含量发生变化，外源激素处理则是提高植物抗逆性的一种常见措施。然而，已有研究主要集中在植物激素信号调控的UV-B光形态建成方面，并且主要集中在草本植物中，如UVR8以乙烯依赖的方式介导拟南芥中UV-B诱导的气孔关闭^［19］，光敏色素互作因子PIF3整合光敏色素B和UV-B信号通路以调节黄瓜（Cucumis sativus）下胚轴中赤霉素（gibberellic acid，GA）和生长素（吲哚乙酸，indole-3-acetic acid，IAA）依赖性生长^［20］，木本植物中的相关研究仍然不足。

杨树（Populus）因生长快、适应性强等优点，被广泛栽植。然而，长期暴露于高强度UV-B胁迫下，特别是在高海拔地区，对杨树生长速度、木材质量和抗逆性等产生不利影响^［21-22］。青杨（Populus cathayana）是我国特有的乡土树种，以青藏高原为分布核心区之一，为雌雄异株植物。目前，青杨基因组数据已经公布。该树种在形态、生长发育及抗逆能力等方面均表现出明显的性别二态性。逆境下，雌性通常比雄性在生长和生理等方面遭受更强的负面影响，是开展木本植物性别间差异研究的理想材料^［23-25］。研究不同植物激素处理下杨树对UV-B胁迫的耐受性，可以为外源激素添加提高木本植物UV-B耐受性在生产实践中的应用提供理论依据，从而提高UV-B高辐射地区造林成活率和生态效益。基于此，本研究以雌雄异株的青杨扦插苗为试验材料，通过补充UV-B辐射及外源喷施IAA、乙烯前体（1-氨基环丙烷羧酸，1-aminocyclopropanecarboxylic acid，ACC）、MeJA、SA和MT溶液，探究UV-B辐射及不同激素喷施处理下植株的形态和生理变化，阐明植物激素作为外源添加剂对雌雄青杨适应UV-B胁迫的形态生理调控作用。

1 材料与方法

1.1　材料与试验处理

从青海省海南藏族自治州贵德县（35°85′N，101°51′E）成年树上采集1~2年生雌、雄青杨扦插条（长10 cm，直径0.5 cm），经生根粉浸泡后移栽至装有混合土壤（V（营养土）∶V（蛭石）=3∶1）的塑料花盆（高8 cm，直径11 cm）中，置于温度为25 ℃、相对湿度60%、光照强度为10 000 lx、光周期为12 h光照/12 h黑暗的温室中培养60 d后，用直尺（精度0.1 cm）和游标卡尺（精度0.01 mm）分别测定青杨的株高和基径。根据株高和基径分别挑选长势、大小一致的雌（平均株高16.4 cm，平均基径2.37 mm）、雄（平均株高20.9 cm，平均基径2.14 mm）青杨，进行激素处理，每个处理组雌、雄植株各20株。通过查阅文献及前期预试验，确定外源激素的处理浓度，其中IAA浓度为30 μmol∙L^{-1［26-28］}、ACC浓度为100 μmol∙L^{-1［29-30］}、MeJA浓度为250 μmol∙L^{-1［31-33］}、SA浓度为500 μmol∙L^{-1［31，34-35］}及MT浓度为100 μmol∙L^{-1［36-38］}，激素（MeJA为液体，其余为粉末）溶解在0.04%乙醇溶液中（表1）。在补充UV-B辐射之前，将激素溶液喷洒在叶片上直至饱和（每株约20 mL）。对照组和UV-B处理组分别喷施含0.04%乙醇的蒸馏水。喷施激素溶液后，用保鲜袋包裹植物，避光过夜。在白炽灯上悬挂PHILIPS UV-B灯管（TL 20W/01，德国）进行UV-B辐射，每天照射12 h，强度约为2.0~2.5 W·m^-2，以模拟在青藏高原（海拔4 000 m）的自然UV-B水平。处理期间每日更换摆放位置，于处理24 h、7 d及14 d分别取样，用于后续测定。每个指标测定时，从20株中随机选取3株。其中，处理24 h的叶片材料用于实时定量PCR检测，处理7 d及14 d的茎和叶用于花青素含量测定，处理14 d的叶片用于光合色素、内源JA含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数、ROS和抗氧化酶活性的测定。

1.2　色素含量及内源JA含量测定

花青素含量测定：取0.1 g鲜样磨成粉末，加入1 mL V（盐酸）∶V（甲醇）=1∶99的溶液置于4 ℃萃取至样品完全变白，以盐酸-甲醇溶液为空白对照，用酶标仪（Multiskan GO 1510，新加坡）测定530、657 nm处吸光度^{［23，39］}，根据以下公式计算。

A=(A_{\mathrm{530}}-\mathrm{0.25}\times A_{\mathrm{657}})/m（1）

式中：A为花青素质量比吸光度；0.25表示叶绿素在花青素特征吸收峰（530 nm）处造成的干扰程度，约为其自身特征吸收峰（657 nm）处吸光度的25%，以（A₅₃₀-0.25×A₆₅₇）记为校正吸光度；m为样品鲜质量。

叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）及类胡萝卜素（Caro）含量测定：取0.1 g叶片鲜样，加入8 mL 80%丙酮，置于暗处萃取，直到叶片完全变白。以80%丙酮为对照，用酶标仪测定663、646、470 nm处吸光度^［40］。

JA含量使用江苏酶免实业有限公司的植物茉莉酸ELISA科研试剂盒（MM-088701）测定。

1.3　气体交换参数和叶绿素荧光参数测定

利用便携式光合-荧光测量系统（LI 6860，美国），测定从植株顶端向下数第3片完全展开叶的气体交换参数：净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）及气孔导度（G_s）。测定时间为上午09：00—11：30，设置环境条件如下：叶室温度25 ℃，相对湿度60%，光合有效辐射为750 μmol·m^-2·s^-1，CO₂摩尔分数为450 μmol·mol^-1，气体流速为500 μmol·s^-1。对于叶绿素荧光参数的测量，被测植物需提前进行暗处理（≥30 min），矩形闪光参数设置如下：饱和脉冲光强度为8 000 μmol·m^-2·s^-1，输出速率100 Hz。测定PSⅡ的实际光化学量子效率（Φ_PSⅡ）、非光化学淬灭系数（N_PQ）和电子传递速率（R_ET），根据以下公式计算。

{\Phi }_{\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{Ⅱ}}=(F_{\mathrm{m}}^{\mathrm{\text{'}}}-F_{\mathrm{s}})/F_{\mathrm{m}}^{\mathrm{\text{'}}}（2）

N_{\mathrm{P}\mathrm{Q}}=(F_{\mathrm{m}}-F_{\mathrm{m}}^{\mathrm{\text{'}}})/F_{\mathrm{m}}^{\mathrm{\text{'}}}（3）

R_{\mathrm{E}\mathrm{T}}={\Phi }_{\mathrm{P}\mathrm{S}\mathrm{Ⅱ}}\times P_{\mathrm{A}\mathrm{R}}\times \mathrm{0.50}\times \mathrm{0.84}（4）

式中：F_{\mathrm{m}}^{\mathrm{\text{'}}}为光下最大相对荧光强度；F_s为光下稳态相对荧光强度；F_m为暗适应后最大相对荧光强度；P_AR为光合有效辐射；0.5是假设光能在PSⅡ和PSⅠ之间均等分配系数；0.84为吸光系数的经验值。

1.4　 ROS水平和抗氧化酶活性测定

采用北京索莱宝试剂盒测定过氧化氢（H₂O₂，BC3595）和超氧阴离子（{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}，BC1295）含量。在测定抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性前，先配制提取缓冲液：将305.0 mL 0.2 mol∙L^-1 Na₂HPO₄、195.0 mL 0.2 mol∙L^-1 NaH₂PO₄、0.208 g EDTA和10 g PVP，pH=7.0，定容到500 mL。取75.0 mg鲜叶研磨，加入1.5 mL预冷的提取缓冲液，4 ℃，4 000 r∙min^-1离心15 min，取5.0 μL酶液，分别加入187.5 μL相应的反应液，分别在290、470、240 nm处连续测定5 min，记录APX、POD及CAT的吸光度。

在测定超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽还原酶（GR）前，先配制提取缓冲液：将458.0 mL 0.2 mol∙L^-1 Na₂HPO₄、42.0 mL 0.2 mol∙L^-1 NaH₂PO₄、0.208 g EDTA和10 g PVP，pH=7.8，定容到500 mL。取75.0 mg鲜叶研磨，加入1.5 mL预冷的提取缓冲液，4 ℃，15 000 r·min^-¹离心20 min，取上清液测定。测定SOD活性，依次加入750.0 μL缓冲液、150.0 μL 50.0 mmol∙L^-1甲硫氨酸、300.0 μL 750.0 μmol∙L^-1 NBT、150.0 μL 0.1 mmol∙L^-1 EDTA、150.0 μL 20.0 mmol∙L^-1核黄素、50.0 μL酶液、250.0 μL蒸馏水，置于均匀光照下反应30 min，以遮光空白对照管调零，在560 nm处测定吸光度。测定GR活性，取10.0 μL酶液，加入200.0 μL反应液，继而加入20.0 μL 1.5 mmol∙L^-1 NADPH，于340 nm处测定GR的吸光度，其中APX、POD、CAT及GR以每分钟每克鲜样变化0.01吸光度为一个酶活单位，SOD以每克鲜样抑制NBT光化还原的50%为一个酶活单位。

1.5　实时定量PCR

使用百菲特植物RNA提取试剂盒，从鲜叶中提取RNA，使用上海翌圣公司反转录试剂盒Hifair^® Ⅲ 1st Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR（gDNA digester plus）反转录RNA。所选基因的编码序列根据Phytozome 13（https：//phytozome-next.jgi.doe.gov/）中的Populus trichocarpa 4.1得到，然后选择18S rRNA作为内参基因。使用软件Primer Premier 6设计RT-qPCR引物（表2），使用上海翌圣公司Hieff UNICON Universal Blue qPCR SYBR Green Master Mix试剂盒，通过梯度实时荧光定量PCR仪（CFX96 Touch，美国）进行RT-qPCR，用相对内参基因的表达量变化（ΔC_q）进行计算。

\mathrm{相对}\mathrm{表达}\mathrm{量}={\mathrm{2}}^{(-\mathrm{\Delta }{C}_{\mathrm{q}})}\times {\mathrm{10}}^{\mathrm{6}}（5）

1.6　统计分析和数据可视化

采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）、t检验（t-test）和主效应分析（main effect analysis），通过Tukey’s HSD检验进行组间多重比较（P<0.05），使用GraphPad Prism 10.4.1及Adobe Illustrator 2024软件进行可视化，数据以均值±标准差表示，3个生物学重复。使用处理14 d后测得的数据进行主成分分析（PCA），包括器官中花青素含量、光合色素含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数、ROS含量和抗氧化酶活性数据。采用R4.4.2进行PCA分析，利用dplyr包剔除非数值型分组列（group），然后利用prcomp函数执行主成分分析，对数值型数据进行中心化（center=TRUE）和标准化（scale.=TRUE）处理，利用factoextra包与ggplot2包联合绘制PCA图进行可视化。

2 结果与分析

2.1　 UV-B胁迫及外源激素添加对青杨表型的影响

如图1所示，经单纯UV-B处理14 d的青杨雌株叶片出现大量明显枯斑，而雄株叶片只有少量枯斑，外源激素添加处理组未出现明显的叶片损伤。这表明UV-B辐射会导致叶片损伤，且雌株对UV-B胁迫更加敏感，而外源激素添加增强了青杨对UV-B胁迫的耐受性。特别是在雌株中，IAA和MeJA添加处理下，叶片明显变红。而在雄株中，只有在MeJA添加处理下叶片明显变红，其他激素处理主要引起叶脉变红。此外，UV-B胁迫导致雄株茎显著变红，且添加外源激素后红色加深，但在雌株中无显著变化。

2.2　 UV-B胁迫及外源激素添加对青杨花青素含量的影响

单纯UV-B处理7 d时，雌株叶片花青素含量显著升高，而雄株含量下降，且雄株叶片花青素含量低于雌株，而到第14天时其含量是第7天的3.9倍，显著高于雌株（P<0.01）。在2个时间点，雄株茎中花青素含量均显著高于雌株（P<0.001），且雄株14 d花青素积累量为7 d积累量的2.1倍（图2）。

处理7 d时，IAA、ACC、MeJA和SA添加较单纯UV-B处理显著提高了雌、雄株叶片花青素含量（P<0.05），而MT添加处理仅对雄株叶片花青素积累有促进作用。只有外源IAA添加处理显著提高了雌株茎花青素含量（P<0.05），而MeJA和SA添加处理使雄株茎花青素含量分别比单纯UV-B处理组增加94.6%和69.6%（图2A、2B）。处理14 d时，仅有MeJA添加处理促进雌、雄株叶片花青素的积累。除SA和MT添加处理外，其他激素添加均显著促进雌、雄株茎花青素的积累（P<0.05），且IAA、ACC与MeJA添加处理使雄株茎花青素含量比单纯UV-B处理分别增加97.0%、128.1%和228.7%（图2C、2D）。

2.3　 UV-B胁迫及外源激素添加处理对青杨光合作用的影响

单纯UV-B处理14 d，雌株叶片P_n、T_r、Φ_PSⅡ和R_ET分别显著降低61.9%、59.5%、39.8%和44.3%，雄株叶片的值分别降低37.1%、45.8%、26.7%和23.6%，而雌、雄株叶片N_PQ分别是对照的1.3倍和3.6倍（P<0.05）。MeJA添加处理下，雌、雄株P_n、Φ_PSⅡ与R_ET显著提高（P<0.05），且在雄株中施用效果强于其他激素。这表明，外源MeJA添加处理能有效减轻UV-B诱导的光合损伤。其他激素添加处理下，雌株叶片P_n、T_r与Φ_PSⅡ升高，而对雄株缓解效果不明显。此外，外源激素添加处理下，雌株叶片N_PQ进一步上升，而ACC和MeJA添加处理下雄株叶片N_PQ下降（图3A~3F）。

此外，单纯UV-B处理14 d，雄株叶片Chla、Chlb和Caro含量显著上升，分别为对照组的1.3、1.2、1.3倍（P<0.05），对雌株影响不显著。MeJA和SA添加处理下，雌株叶片色素含量显著下降（P<0.05）。IAA、ACC和MeJA添加处理下雄株叶片Chla和Caro含量显著下降（P<0.05），而IAA和MT添加处理下雌株叶片Chla、Chlb和Caro含量进一步上升（图3G~3I）。

2.4　 UV-B胁迫及外源激素添加对青杨抗氧化系统的影响

单纯UV-B处理下，雌、雄株叶片H₂O₂含量显著升高（P<0.05），并且雌株中{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}积累量显著高于雄株（P<0.01）。SA添加处理显著降低雌株叶片H₂O₂含量，而MeJA和SA添加处理显著降低雄株叶片H₂O₂含量（P<0.05）。IAA、ACC、SA和MT添加处理显著降低雌株叶片{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}含量（图4，P<0.05）。

UV-B胁迫导致雄株叶片POD、CAT、APX和GR活性激增，雌株POD和GR活性显著升高（P<0.05），而雌、雄株叶片SOD活性均无显著变化。MT添加处理进一步激活雌株POD和CAT活性，以及雄株的POD活性。SA添加处理对雄株CAT活性有显著增强作用，但对雌株有显著抑制作用（图5，P<0.05）。综上，UV-B胁迫导致叶片H₂O₂含量激增，而青杨通过增强抗氧化酶活性来抵抗UV-B胁迫引起的氧化损伤，且雄株抗氧化能力强于雌株。

2.5　 PCA分析

在雌株中，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）分别解释各处理组间差异的36.3%和22.7%。在雄株中，PC1和PC2分别解释各处理组间差异的38.0%和22.4%。雌、雄株中，各处理组完全分开，但雄株中，SA和MT添加处理组与单纯UV-B处理组更靠近，ACC和MeJA处理组与单纯UV-B处理组相隔最远。雌株中ACC与MeJA添加处理组远离单纯UV-B处理组。雄株中茎及叶花青素含量、Φ_PSⅡ和P_n等是MeJA添加处理组的主要贡献因子（图6）。

2.6　 UV-B辐射对青杨内源茉莉酸含量的影响

本研究中，外源MeJA添加处理有效地缓解UV-B胁迫对青杨表型、生理损伤。为了分析UV-B胁迫对青杨内源JA含量的影响，测定了处理14 d的青杨叶片JA水平。结果表明，UV-B处理显著增加雄株叶片内源JA含量（为对照组的1.6倍），而雌株的内源JA水平下降22.7%（图7）。

2.7　不同处理下青杨叶片 PtrJAZs 基因相对表达量变化

对杨树JAZ蛋白家族的12个基因进行RT-qPCR分析，发现相比于单纯UV-B胁迫下，添加外源MeJA能够显著诱导雌株叶片PtrJAZ1/2/3/4/5/6/9/10/12基因上调表达（P<0.05），雄株叶片PtrJAZ1/2/3/5/8/9基因上调表达（P<0.05）。其中PtrJAZ1/2/3/5/9基因在雌、雄株叶片同时被诱导表达（图8）。

3 讨论

3.1　青杨雄株比雌株具有更强的UV-B耐受性

本研究探讨了雌、雄青杨对UV-B胁迫的性别差异响应。结果表明，雄株对UV-B胁迫有更高的耐受性。在UV-B胁迫下，雌、雄青杨H₂O₂含量显著上升，且仅有雌株{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}含量显著上升，内源JA含量下降，而雄株内源JA含量显著升高，且雄株花青素含量显著高于雌株，能够通过提高花青素的积累来应对ROS伤害^［11］。此外，雌、雄青杨P_n、T_r、Φ_PSⅡ和R_ET显著下降，且雌株下降更明显，结合雄株叶绿素含量升高而雌株维持在原有水平的结果，雄株通过提高叶绿素含量增强光捕获能力，优化PSⅡ功能来提高电子传递效率，并提高类胡萝卜素含量以增强光保护能力^［41］，从而减轻UV-B胁迫带来的损伤。

这种性别间的差异可能源于它们的资源分配策略：自然界中，雌株优先考虑生殖投资（如种子和果实发育），而雄株则将更多资源分配给营养生长和防御系统，以增强植株抗逆性。由于扦插苗可能保留母树的一些特性，这种差异性资源分配策略，也可能延续到扦插苗中。因此，在进化过程中，雌雄异株青杨的性别比例和空间分布可能偏向雄性，从而在高海拔种群中，雄株占主导地位^{［23，42］}。

3.2　外源激素添加缓解UV-B对青杨表型、生理造成的损伤

植物通过调控各类激素的合成、运输和信号传导，平衡植物生长和UV-B胁迫适应，从而调控UV-B耐受性。UV-B胁迫下，外源激素添加处理提高了青杨叶片P_n、Φ_PSⅡ及R_ET，并且N_PQ进一步上升，使其能够通过热能形式耗散光反应系统过剩激发能，避免光合机构受到损伤^［43］。MeJA添加处理显著提高雄株叶片花青素含量，而花青素介导的光衰减能够降低植物对叶黄素循环色素辅助的非光化学热耗散机制的需求^［44］，最终导致雄株N_PQ显著下降。此外，与处理7 d相比，外源IAA、ACC和MeJA添加处理14 d后，青杨雄株茎花青素含量明显上升而叶中含量变化不显著。这可能因为叶片作为主要的光合器官，需维持“防御-光合”平衡，将代谢资源用于修复受损的光合机构，而非持续大量合成花青素。这种策略使叶片花青素合成进入稳态，避免次生代谢过度消耗能量影响植株基础生存^［45-46］，而茎部因表皮层较薄，需通过持续合成花青素形成“防晒屏障”强化茎部防御以保障养分运输效率并且抵御胁迫^{［45，47］}。再者，IAA和MT添加处理能显著提高雌株叶片光合色素含量以增强光能捕获能力，并通过增加类胡萝卜素含量来增强光保护能力^［41］。在雌株中还发现，IAA、ACC及MT添加处理对H₂O₂的清除作用甚微，却显著降低了{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}的大量积累，但SOD活性并未受到激素添加处理的显著影响。这是因为{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}能够通过酶促和非酶促反应系统2种途径被清除^［48］，非酶促系统中，一些小分子抗氧化物质如谷胱甘肽（glutathione，GSH）等能直接参与清除{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{·-}^［49］。外源SA及MeJA添加处理使雄株叶片H₂O₂含量显著下降，SA添加处理能够通过增强CAT酶活性来降低雄株的H₂O₂含量^［50］，而MeJA添加处理通过提高花青素含量来清除H₂O₂^［10-11］。这说明外源激素添加处理可以缓解UV-B胁迫造成的光合机构氧化损伤。

3.3　 MeJA添加处理通过JA信号通路提高青杨对UV-B耐受性

多种植物激素均被证实参与调控青杨对UV-B胁迫的适应过程，其中JA是一种重要的防御相关激素。综合分析各项生理指标结果表明，与单纯UV-B处理相比，MeJA添加处理能有效促进雄株叶片、茎和雌株叶片花青素积累，从而抑制叶片ROS积累，减少氧化损伤，一定程度上恢复光化学效率和碳同化能力。

JA是一种可以促进花青素生物合成的植物激素。茄子（Solanum melongena）中，在JA缺失条件下，SmJAZ5/10蛋白通过干扰SmMYB5-SmTT8复合体稳定性并抑制其转录活性来抑制花青素合成；在JA存在条件下，SmJAZ5/10蛋白被降解，释放SmMYB5和SmTT8，它们协同激活SmF3H和SmANS基因表达，促进果皮中花青素积累^［51］。JAZ基因的转录水平变化是细胞感知并启动JA信号响应的标志。JAZ基因本身也是JA信号的响应基因，其转录被快速且强烈地诱导，能够形成一个调节回路^［52-53］。对杨树JAZ蛋白家族基因进行RT-qPCR分析，发现UV-B胁迫下，外源MeJA添加处理显著诱导雌、雄青杨叶片PtrJAZ1/2/3/5/9基因表达，而JAZ基因表达上调可能与JA信号通路的负反馈调节机制有关。当JA信号被激活后，细胞会迅速启动JAZ基因的转录，合成新的JAZ蛋白。这些新合成的JAZ蛋白会重新抑制通路下游响应基因转录，防止防御反应及代谢过度激活而对细胞造成伤害，维持信号通路的稳态平衡^［53-54］。这表明PtrJAZ基因在JA信号通路中具有重要的调控作用。

4 结论

本研究揭示了青杨雌、雄株对UV-B胁迫的性别差异化响应及外源激素添加处理缓解UV-B胁迫的生理机制。雄株通过促进花青素积累以及增强光合色素含量与光保护能力，表现出更强的耐受性，而雌株防御响应不足，导致氧化损伤加剧。外源激素添加处理显著缓解UV-B胁迫对青杨表型和生理伤害，IAA、ACC、SA和MT处理在不同程度上改善UV-B胁迫下青杨叶片光合性能，调控ROS稳态。尤其是外源MeJA添加处理，能有效诱导雌、雄植株花青素合成，抑制ROS过度积累，恢复光系统功能，显著提升抗逆能力。此外，PtrJAZ1/2/3/5/9基因在MeJA和UV-B处理下显著上调，表明其可能作为JA信号通路中的关键调控因子介导花青素合成与胁迫响应。本研究为植物抗逆栽植与激素调控提供了实践启示。

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