湿加松平茬复幼机理研究

作     者：杨舜垚 

作者单位：北京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林金星

授予年度：2022年

学科分类：0907[农学-林学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 

主      题：湿加松 平茬 复幼 扦插 机理 

摘      要：树木的成熟效应(maturation)极大地阻碍了林木无性系繁殖的应用。近年的生产实践中发现,松属(Pinus L.)树木通过平茬和重复修剪等技术能够克服成熟效应,即实现树木复幼(rejuvenation)。目前,对成熟效应和复幼现象的研究仍集中在生理层面,对于其分子机制的研究尚不多见。本研究以重要的针叶树种湿加松(Pinus elliottii×***)为研究材料,通过转录组测序、加权基因共表达网络分析(WGCNA)、内源激素定性定量分析等多种方法,探讨湿加松的成熟效应、位置效应及平茬的复幼机制。本研究通过对不同年龄、不同高度冠层的实生湿加松和经过平茬的不同年龄“矮桩平台式湿加松采穗母株的转录组分析,挖掘出与湿加松成熟效应、位置效应和平茬强相关的8个模块中的77个关键基因并构建共表达网络,筛选出Pt AP2L3、Pt MADS28等8个年龄标记基因。继而通过对不同年龄的平茬采穗母株样本中年龄标记基因进行表达量分析,发现年龄标记基因的表达量没有随年龄增长而变化,而是始终保持最幼龄时的表达状态,甚至实现了成熟效应的“清零和营养生长时相转变的停止,首次从分子水平上证实平茬使湿加松枝条复幼。同时,本研究通过分析不同高度冠层的枝条中年龄标记基因的表达量,获得树木位置效应在湿加松中的分子生物学证据,阐明了树木老化空间变化规律,即冠层越低的末梢枝条越幼嫩,冠层越高的末梢枝条越成熟。本研究通过功能富集分析,发现与年龄标记基因密切联系的基因通过调控分生组织的形成、植物信号通路等在湿加松发育过程、生殖过程中发挥重要作用,挖掘出植物激素茉莉酸(JA)、生长素(Auxin)、乙烯(ETH)、赤霉素(GAs)信号转导通路中的22个基因,揭示平茬复幼的潜在机理及研究方向。在此基础上,运用内源激素定性定量分析等方法,确定脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)等14个植物激素及活性物质的含量与湿加松年龄相关,并证明平茬复幼可以去除成熟效应对于部分内源激素的影响;明确了平茬复幼使湿加松嫩枝中茉莉酸、水杨酸等激素含量显著上调,脱落酸等激素含量显著下调,为植物外源生长调节剂的配制提供参考,为提高树木的扦插及工厂化生产效率提供理论指导。此外,本研究还通过分枝性状分析,发现平茬使湿加松分枝数大量增加、分枝角和轮枝距大幅减小,由单轴式生长变为多轴分枝式生长,树木构筑型改变;并通过CT断层扫描和三维重构,获得了完整的6.5年生及8年生“矮桩平台式湿加松采穗母株主干及分枝的三维图像。综上,本研究比较系统地从转录水平为树木的成熟效应和位置效应提供了分子生物学证据,阐明了树木老化时空变化规律;揭示了湿加松平茬复幼的分子生物学机制以及平茬复幼带来的植物内源激素的变化,加深了对松树复幼规律的认识,为更深入研究树木的年龄机制及无性系繁育提供了理论依据。