近日，我院森林保护系林恬恬课题组在国际环境科学与生态学领域Top期刊《总环境科学期刊》（Science of The Total Environment，最新IF=7.963）上在线发表了名为《镉胁迫对雌雄杨树抗地上和地下害虫的差异性影响》（Sexual differences in above- and belowground herbivore resistance between male and female poplars as affected by soil cadmium stress）的研究论文。该论文以我院林恬恬副教授为第一作者，森保系本科生唐嘉瑶和何方副教授为共同第一作者，生态所陈良华副教授为通讯作者，四川农业大学为唯一完成单位。
元素防御假说认为重金属被植物吸收并富集在体内后可以在一定程度上增强植株的抗虫性。但是对于林木等重金属低富集植物来说，过量的重金属富集可以反过来对植株的生长发育产生毒害作用。因此，如何在不影响植物生长发育的前提下，利用重金属在其体内的富集来增强植物的抗虫性成为了当前该假说在应用上亟待解决的问题，而选择对重金属具较高耐受性和富集能力的植物性别是解决该问题的方法之一。前期有学者在研究重金属对低富集木本植物生长发育的影响中发现，同种木本植物不同性别的植株对重金属的耐受程度和富集系数具有明显的差异性。而该性别差异是否会导致雌雄植株的抗虫性出现差异尚未见报到。在综合元素防御假说和雌雄植株对重金属胁迫的耐受性差异的基础上，该课题组首次提出在重金属胁迫下同种木本植物雌雄植株间抗虫性会出现显著差异，且雄性植株抗虫性更强这一假说。
为了验证该假说，本项目拟采用亲本一致的美洲黑杨雌雄植株作为研究材料，通过测试土壤镉处理下美洲黑杨雌雄植株对四种食叶害虫（包括两种专食性昆虫和两种广食性昆虫）和一种地下害虫（蛴螬）幼虫的生长发育和取食选择的影响，探究了镉胁迫下不同性别杨树植株间的抗虫性差异及导致该差异的原因。研究结果发现，镉处理下杨树雄性植株可以显著抑制四种食叶害虫的生长发育和取食选择，而雌性植株则明显降低了地下害虫蛴螬的生长量。在随后的基因表达测试中，研究人员通过荧光定量PCR的方法检测了16个在植株叶片和根系内参与镉积累，转运和解毒的相关基因，发现在镉胁迫下雄株叶片中和雌株根系中的基因上调数量较多，这也解释了为什么本研究发现杨树雄株叶片和雌株根系比另一性别富集的镉更多。因此，研究人员推测雌雄植株这一抗虫性差异可能是由于雌雄植株在叶片和根系中镉富集量的差异性所导致。
值得一提的是，林恬恬课题组前期在针对“元素防御假说”研究上已经积累了一定的成果。而本研究是和何方及陈良华副教授合作，首次从雌雄植株的性别差异这一创新性研究角度入手对该假说展开的新验证。这一结果不仅可以为在重金属污染地区开展植物修复的木本植物性别的选择提供科学依据，还对于预测雌雄异株植物生长在重金属污染地区的自然种群的性别比例、空间分布、生殖格局以及虫害发生程度等方面的变化具有重要的理论意义。该研究得到国家自然科学基金青年项目(32001204)、四川省科技厅（2021YFYZ0032）和大学生创新创业计划（202010626030）资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721051561?via%3Dihub
