油茶不同发育阶段生理生化指标及转录组的比较

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lsw19880811
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油茶(Camellia oleifera Abel.)是集经济、生态和社会效益于一体的木本油料树种,近年来在我国南方各省区被广泛栽植。为了更好地促进安徽油茶产业的健康发展,为油茶生产提供更多的理论指导,本文选择了油茶良种‘大别山1号’为试验材料,以幼苗期(2年生)、幼树期(4年生)、初果期(6年生)、盛果初期(10年生)、盛果期(14年生)、盛果后期(50年生)、衰老期(70年生)的油茶植株为研究对象,分别于花芽原基形成期(5月上旬)、雄、雌蕊成熟期(8月下旬)、始花期(10月上旬)进行采样,系统地研究了油茶不同发育阶段酶活性、内含物含量、营养元素含量、内源激素含量的差异;利用Illumina Hiseq 2000高通量测序平台对油茶叶片转录组进行分析,得出主要结果如下:(1)油茶同一部位电阻值与树龄呈正相关;油茶部位平均电阻值高低顺序是根基部<干中部<梢头<2年生叶片<1年生叶片。不同发育阶段油茶叶片含水量变化范围分别为65.67%74.15%(5月份)、61.64%73.02%(8月份)和60.76%73.92%(10月份);幼苗期油茶叶片含水量变化范围为72.92%74.15%、幼树期为70.14%71.31%,初果期至盛果后期(650年生)为61.74%69.94%,衰老期为60.76%65.67%。(2)油茶CAT活性以盛果初期(10年生)最高,为94.11 U·g-1·min-1,其次是幼苗期(2年生),为93.16 U·g-1·min-1,第三是盛果期(14年生),为78.66U·g-1·min-1,衰老期(70年生)最低,仅为34.31 U·g-1·min-1。同一花芽分化时期,油茶POD活性和PPO活性随着树龄的增加均呈现先升高后下降的变化趋势,油茶POD活性以盛果期(14年生)最高,油茶PPO活性是盛果后期(50年生)显著高于其他发育阶段。油茶可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量和游离脯氨酸含量均是初果期至盛果后期显著高于幼年期(2年生、4年生)和衰老期(70年生)。5月份,不同树龄间游离脯氨酸含量差异不显著(P>0.05),8月份和10月份,不同树龄间游离脯氨酸含量差异均达到极显著水平(P<0.01)。(3)不同发育阶段间油茶春梢碳含量存在极显著差异(P<0.01),幼苗期、幼树期、初果期、盛果初期、盛果期、盛果后期和衰老期7个生长发育阶段油茶春梢碳含量平均值分别为470.40 g·kg-1、475.86 g·kg-1、481.04 g·kg-1、488.86g·kg-1、490.82 g·kg-1、476.46 g·kg-1、464.87 g·kg-1。氮含量随着树龄增加呈现逐渐下降的变化趋势,幼苗期(14.63 g·kg-1)最高,衰老期(10.48 g·kg-1)最低。油茶春梢碳氮比与树龄呈线性正相关。油茶春梢全磷含量数值的顺序为10月>8月>5月;从5月到10月,初果期油茶磷含量增幅最大,为36.89%,幼苗期增幅最小,仅为8.38%。同一花芽分化时期,盛果期油茶春梢K含量、Ca含量均是最高,最低的是幼苗期。7个生长发育阶段油茶春梢镁含量范围分别为2.04g·kg-12.69 g·kg-1、1.86g·kg-12.12 g·kg-1、2.18 g·kg-12.52 g·kg-1、2.53 g·kg-12.99 g·kg-1、2.76 g·kg-13.30g·kg-1、1.42g·kg-11.89 g·kg-1、1.12 g·kg-11.24g·kg-1。除了幼苗期外,其他生长发育阶段油茶春梢Fe含量的差异不显著,Mn含量以幼树期、初果期和盛果初期需求量大,铜含量随着树龄增加呈现下降-升高-下降的变化趋势。不同发育阶段间油茶春梢锌含量、硼含量差异均达到极显著水平(P<0.01)。(4)盛果初期油茶叶片DHZR含量(20.11 ng·g-1)显著高于其他生长发育阶段油茶;盛果后期油茶叶片ZR含量(19.41 ng·g-1)、IAA含量(87.79 ng·g-1)、ABA含量(148.33 ng·g-1)均高于其他生长发育阶段油茶;油茶叶片内源激素含量值除DHZR、IAA与树龄呈现负相关之外,其余均呈现正相关;油茶叶片IAA含量与树龄呈现极显著负相关。油茶花芽DHZR含量、ZR含量和ABA含量均是随着树龄增加呈现先升高后下降的变化趋势,均是盛果期含量最高,幼苗期含量最低。盛果期油茶花芽ABA含量平均值最高,为115.226 ng·g-1,分别是其他生长发育阶段的1.72倍、1.46倍、1.23倍、1.05倍、1.08倍、1.15倍;7个生长发育阶段油茶花芽GA平均含量分别为15.500 ng·g-1、17.142 ng·g-1、13.580 ng·g-1、12.154ng·g-1、11.636 ng·g-1、12.622 ng·g-1、13.202 ng·g-1;油茶花芽IAA含量高低顺序为8月>5月>10月,幼苗期油茶花芽IAA含量平均值分别比其他生长发育阶段高36.72%、67.58%、86.13%、111.43%、76.54%、68.46%。(5)本研究通过高通量测序获得了幼苗期、初果期和盛果期油茶在花前期的叶片转录组数据,对24.77 G raw reads原始数据进行去冗余分析后,获得24.38G clean reads。对clean reads进行组装拼接后获得88,885条contig序列和38,989条unigene序列,其中有26,837条基因序列得到成功注释。从这些注释基因中鉴定了涉及到光周期途径、春化途径、赤霉素途径、自主途径、FRI依赖途径、花发育途径和花器官基因等7个成花调控途径的49个同源基因。主要有油茶花发育途径的关键基因FLC、SOC1和SOC2基因、光周期途径的关键基因CDF2基因、CDF3基因、LHY基因;本研究还鉴定出CDF2、CDF3、LHY的unigene序列分别有7条、3条、3条,表明这些基因在油茶成花调控中有重要作用。综上所述,在不同的生长发育阶段,油茶各项生理生化指标发生了明显的变化,本次测序获得很大的转录组数据集,为尚未有全基因组数据的山茶属植物提供了大量的转录组参考序列,极大推进了山茶属植物功能基因组的研究。本研究为油茶的早实丰产栽培、科学配方施肥、油茶成花和缩短油茶童期的研究提供了新的理论依据。
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