‘玉露香梨’花芽分化及僵芽发生机理研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:wj1982sp
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‘玉露香梨’具有果个大、果心小、可食率高、成熟早等特点,是近年来重点推广的梨优良新品种。近年来,发现部分梨树栽培地区,8月份出现芽体松软、爆裂和褐化现象,俗称“僵芽”,严重的地区,花量极少,几乎绝收,给梨农造成了巨大损失。研究防控梨僵芽栽培技术对其生理特性的影响不仅可以揭示梨僵芽发生机制,也为生产上控制僵芽的发生提供理论指导。为此,本课题在研究降低僵芽发生措施的基础上,观察分析不同类型花芽分化过程的组织结构,以明确僵芽发生关键时间;通过分析花芽形态分化期间的内源激素、碳氮营养含量以及矿质营养变化情况,探讨僵芽发生的生理原因;最后以僵芽发生时期芽体为材料,分析转绿组和差异基因表达。主要试验结果如下:1、采取控氮、控水、枝条缓放、拉枝开角、环割、喷施生长延缓剂等栽培措施,可降低僵芽的发生。2、从外部形态观察发生僵芽现象的芽体在8月初开始出现芽鳞松散,髓部及鳞片基部干瘪、变黑等现象;显微结构进一步观察发现僵芽梨园中短枝顶芽形态分化进程中花芽未分化期、分化初期、花蕾分化期切片与正常短枝顶芽形态一致,花萼分化期出现组织枯萎,因此认为僵芽始于7月上中旬的花萼分化期。3、僵芽内IAA含量在7月初到7月中上旬显著高于正常芽;ABA含量在6月中旬到8月上中旬显著低于正常芽;GA3含量在整个花芽形态分化期内显著高于正常芽;ZR含量在6月初显著高于正常芽;ZR/GA3、ABA/GA3、ABA/ZR显著低于正常芽。魏县僵芽梨园新梢年生长量和生长天数极显著大于正常梨园,其芽内可溶性糖、淀粉等营养物质和碳氮比显著低于正常梨园。魏县僵芽梨园枝条旺长,芽内高含量的IAA和GA3,低含量的ABA和碳水化合物,影响了花芽正常分化,导致僵芽的发生。4、花芽形态分化过程中,魏县僵芽梨园、魏县正常梨园和太谷正常梨园矿质元素含量差异较大。在6月15日之后,魏县僵芽梨园花芽中K、Ca、Mg、Mn、Zn含量低于正常梨园,Fe含量高于正常梨园;短枝花芽附近叶片中Ca、Mg含量高于正常梨园,Mn、Zn含量低于正常梨园,K、Fe含量无明显差异。5、魏县僵芽梨园新梢年生长长度和直径均极显著大于魏县正常梨园和太谷正常梨园,且枝条停长时间最晚;花芽形态分化期间,魏县正常梨园与太谷正常梨园‘玉露香梨’芽内的SOD、CAT和POD活性以及MDA含量表现出先升高后降低的趋势,而魏县僵芽梨园芽内的SOD和POD.活性呈下降趋势,CAT活性和MDA含量则呈先升后降趋势;魏县僵芽梨园芽内SOD、CAT和POD活性整体显著低于魏县正常梨园、太谷正常梨园,MDA含量显著高于正常梨园。6、通过Illumina Hiseq2000平台,对‘玉露香梨’正常芽和僵芽进行转录组测序分析。结果与Nr、Swiss-Prot和KEGG数据库比对后,共获得4.7Gb原始碱基,非冗余正常芽和僵芽Unigene分别为51,442和58,479,80%的Unigene长度在1000nt以下,其次分布在1000-2000nt之间,大于等于2000nt的占5%左右,正常芽和僵芽样品的N50值分别为1,183和1,007。根据测序结果中基因RPKM (Reads Per kb per Million reads)值,得到正常牙和僵芽间表达差异倍数在2倍以上,且FDR≤ 0.001的Unigene有1,784个,其中表达基因上调的有836个,下调的有948个。整个转录水平在正常芽和僵芽的表达基因中均存在有差异。通过GO功能分析获得了44,608个差异表达Unigene,其中富集在细胞组成(cellularcomponent)的差异基因为6,487个,分子功能(moleucalfunction)的差异基因数为22,755个,生物学过程(biological process)的差异基因有15,366个。根据Pathway分析,获得952个差异表达Unigene,显著富集到244个代谢途径中,有102个与植物激素信号转导有关,其中,参与赤霉素代谢的有19个,脱落酸代谢有15个,玉米素代谢有14个,生长素代谢有9个。差异表达基因中有104个与碳水化合物有关,其中,果糖和甘露糖代谢40个,淀粉和蔗糖代谢34个,氮代谢5个。运用RealTime-PCR对选取的15个差异表达基因进行表达,结果与Illumina测序结果差异不显著,证明Illumina测序的结果是基本可靠的。综上所述,通过采取控氮、控水、枝条缓放、拉枝开角、环割、喷施生长延缓剂等栽培措施,可显著降低‘玉露香梨’僵芽的发生。‘玉露香梨’僵芽发生始于7月上中旬的花萼分化期。内源激素、碳氮营养、矿质元素、活性氧代谢异常,相关基因表达存在明显差异,影响了花芽正常分化,导致了僵芽的发生。
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