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西伯利亚杏全基因组CBF基因家族鉴定及低温胁迫下的表达模式

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西南农业学报 2023年第5期36卷 913-923页

作者：赵硕陈建华李彪张剑董胜君刘权钢沈阳农业大学林学院沈阳110161

【目的】利用西伯利亚杏全基因组数据库鉴定CBF家族成员,并分析CBF转录因子保守域特点与功能及其在低温胁迫下的表达情况。【方法】根据西伯利亚杏全基因组数据库,利用BLASTP和HMM Search搜索西伯利亚杏CBF基因,通过CDD和MEME验证其保... 详细信息

【目的】利用西伯利亚杏全基因组数据库鉴定CBF家族成员,并分析CBF转录因子保守域特点与功能及其在低温胁迫下的表达情况。【方法】根据西伯利亚杏全基因组数据库,利用BLASTP和HMM Search搜索西伯利亚杏CBF基因,通过CDD和MEME验证其保守结构域。使用Prot-Param、WOLF PSORT、MAGA X、Phyre2、PlantCARE等生物信息学工具分别分析蛋白理化性质、亚细胞定位、系统发育、蛋白三级结构、染色体定位及顺式调控元件。利用实时荧光定量PCR分析西伯利亚杏CBF基因在低温胁迫后的表达模式。【结果】本研究共鉴定出4个西伯利亚杏CBF基因,它们均具有AP2基因家族保守结构域PKKPAGR和DSAWR序列。西伯利亚杏CBF蛋白包含206~246个氨基酸,蛋白理论分子量平均值为25.80 KDa,平均等电点为5.92。PsCBF3和PsCBF4在基因结构上较为相似,亲缘关系更近。4个PsCBFs亚细胞定位均位于细胞核内。启动子顺式作用元件分析结果显示CBF家族成员可参与植物激素和非生物胁迫响应。西伯利亚杏CBF成员均属于酸性和亲水性蛋白。低温胁迫后,CBF基因主要在早期(15 min)表达量较高。【结论】本研究提供了较为完整的西伯利亚杏CBF基因家族信息,为了解PsCBF在西伯利亚杏低温胁迫多个时期的复杂机制和途径提供了新的依据,为进一步研究CBF家族成员的生物学功能奠定了重要的理论基础。

关键词：西伯利亚杏 CBF基因家族生物信息学低温胁迫

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西伯利亚杏离体快繁体系的建立

山东农业科学 2023年第10期55卷 30-36页

作者：王世鹏高子荑孙永强陈建华董胜君刘权钢沈阳农业大学林学院/辽宁省森林培育重点实验室辽宁沈阳110866

本试验以西伯利亚杏种子和茎段为材料,进行不同外植体消毒方法、种子无菌苗培养最适条件及茎段腋芽诱导、增殖和生根培养的最佳激素配比筛选。结果表明,西伯利亚杏种子最适消毒方法为75%乙醇30 s+2%NaClO 10 min,茎段则以75%酒精30 s+0.... 详细信息

本试验以西伯利亚杏种子和茎段为材料,进行不同外植体消毒方法、种子无菌苗培养最适条件及茎段腋芽诱导、增殖和生根培养的最佳激素配比筛选。结果表明,西伯利亚杏种子最适消毒方法为75%乙醇30 s+2%NaClO 10 min,茎段则以75%酒精30 s+0.1%HgCl_(2) 1.5 min消毒效果最佳。种子用1.0 g/L GA_(3)溶液浸泡6 h后接种到MS基本培养基上的萌发率高(91.67%),且无菌苗根长、根鲜重、根干重均最高,分别达到29.93 mm、83 mg、9.67 mg,是西伯利亚杏种子无菌苗培养的最适培养条件;茎段腋芽诱导的最佳培养基为MS+0.2 mg/L IBA,诱导率为85.83%;MS添加1.0 mg/L 6-BA和0.1 mg/L NAA为腋芽增殖的最适培养基,增殖系数高,为3.68;最佳生根培养基为1/2MS+0.5 mg/L IBA,生根率为80.00%。本试验结果可为西伯利亚杏种子打破休眠、快速获得无菌苗提供方法依据,为其遗传转化研究奠定基础,同时也为推进西伯利亚杏的良种化进程提供技术支撑。

关键词：西伯利亚杏种子萌发无菌苗培养离体快繁

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西伯利亚杏不同树冠光合特性及产量差异

河南农业科学 2022年第1期51卷 107-115页

作者：张剑陈建华孙永强丁士富郑永涛董胜君沈阳农业大学林学院辽宁沈阳110866 北票市林木良种繁育中心辽宁北票122102

为揭示西伯利亚杏不同树冠内光合特性及产量的空间变化规律,筛选西伯利亚杏高产树冠类型,以西伯利亚杏为试验材料,按主枝基角进行概率分级并划分树形,对6—9月西伯利亚杏不同树形、不同冠层部位的光照强度、净光合速率、蒸腾速率、气孔... 详细信息

为揭示西伯利亚杏不同树冠内光合特性及产量的空间变化规律,筛选西伯利亚杏高产树冠类型,以西伯利亚杏为试验材料,按主枝基角进行概率分级并划分树形,对6—9月西伯利亚杏不同树形、不同冠层部位的光照强度、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度以及产量进行测定,分析其光合日变化及产量差异。结果表明:西伯利亚杏依据主枝基角划分为紧密形(α39°)。不同树形、冠层部位及生长时期的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度总体表现为外部>中部>内部,6月大于7、9月,开阔形>均匀形>紧密形。开阔形各冠层在不同时期的净光合速率日变化基本呈单峰曲线,均匀形各冠层在6、9月呈单峰曲线,在7月呈双峰曲线,紧密形各冠层在6月呈单峰曲线,在7、9月呈双峰曲线。在不同冠层间,除7月紧密形外部最大净光合速率与内部无显著性差异和9月均匀形外部显著高于内部外,其余各树形冠层外部各时期的最大净光合速率均极显著高于自身内部;在不同树形间,开阔形各冠层最大净光合速率在6月极显著或显著高于其他树形,在7月均高于其他树形,且在中部、外部达到显著水平,而9月各树形总体差异不显著。除开阔形各冠层蒸腾速率日变化在6月和紧密形各冠层在9月为双峰曲线外,其余均呈单峰曲线。不同树形的气孔导度各冠层日变化在6月均为单峰曲线,在7、9月均呈双峰曲线。各冠层中外部冠层单株产量最高,达1006.88 g,占比53.61%,且极显著高于中部、内部冠层;各树形中开阔形单株产量最高,达1303.00 g,极显著高于均匀形、紧密形。

关键词：西伯利亚杏树冠结构光合特性概率分级产量构成

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西伯利亚杏遗传育种研究进展

西南林业大学学报（自然科学） 2022年第4期42卷 184-188页

作者：张胜利张亚力白玉娥代金玲内蒙古农业大学林学院内蒙古呼和浩特010019 呼和浩特回民区倘不浪小学内蒙古呼和浩特010010

西伯利亚杏耐寒、抗旱,是我国“三北”地区重要的生态经济树种,通过综述近年来国内外西伯利亚杏遗传育种研究进展,包括分子标记开发、遗传多样性检测、基因组和转录组的研究、重要功能基因鉴定以及良种选育和繁殖技术。讨论了西伯利亚... 详细信息

西伯利亚杏耐寒、抗旱,是我国“三北”地区重要的生态经济树种,通过综述近年来国内外西伯利亚杏遗传育种研究进展,包括分子标记开发、遗传多样性检测、基因组和转录组的研究、重要功能基因鉴定以及良种选育和繁殖技术。讨论了西伯利亚杏分子遗传研究的发展前景、育种工作存在的问题,提出了西伯利亚杏育种目标应该更多样化,加快遗传理论研究,开展分子辅助育种实践的建议。

关键词：西伯利亚杏分子标记功能基因遗传多样性育种

西伯利亚杏雄性不育花解剖结构与生理特性研究

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西伯利亚杏雄性不育花解剖结构与生理特性研究

作者：王新鑫沈阳农业大学

学位级别：硕士

西伯利亚杏(Prunus sibirica)是极具开发前景的经济林树种,兼具生态价值和观赏价值。产量低而不稳是西伯利亚杏产业发展中亟待解决的突出问题,而雄性不育是影响其产量的重要因素。本研究以沈阳农业大学喀左县山杏国家林木种质资源保存... 详细信息

西伯利亚杏(Prunus sibirica)是极具开发前景的经济林树种,兼具生态价值和观赏价值。产量低而不稳是西伯利亚杏产业发展中亟待解决的突出问题,而雄性不育是影响其产量的重要因素。本研究以沈阳农业大学喀左县山杏国家林木种质资源保存库的雄性不育株和可育株为研究对象,通过形态观测、解剖学观察、生理指标测定,明确西伯利亚杏雄性不育特征及时期,深入研究了西伯利亚杏雄性不育的表型特征、解剖结构、生理特性。通过对西伯利亚杏雄性不育的系统研究,既为后续西伯利亚杏雄性不育特征识别和改良提供理论基础,也对西伯利亚杏种质创新途径的建立具有重要意义。本文主要研究结果如下:(1)西伯利亚杏雄性不育的形态特征为花药开裂异常且变褐,花丝短且未进行雄蕊运动,花粉粒畸变。花药开裂异常,表现为88.24%的花药不开裂或开裂程度较小,以及37.06%的花药存在异常扭曲。花丝短,表现为雄性不育株外轮花丝长为5.29 mm极显著短于对照株7.40 mm,内轮花丝长为4.00 mm显著短于对照株4.59 mm。雄性不育株的花粉粒畸变高达97.08%,形态干瘪偏小,但表面纹饰未见异常。(2)双核期是西伯利亚杏雄性不育发生的关键时期。雄性不育株花粉粒畸变的关键原因是小孢子细胞有丝分裂异常,细胞内无生殖核、具较大液泡、淀粉类物质缺失。雄性不育株的小孢子直径,在双核晚期、成熟期分别为31.89μm、33.83μm,均极显著小于对照株的34.25μm、45.84μm。雄性不育株的绒毡层降解延迟到双核晚期,影响小孢子发育;药室内壁次生加厚延迟到双核晚期,次生加厚位点异常,影响花药开裂。雄性不育株和对照株的小孢子发育时期与花蕾横径、花药横径、花药纵径和小孢子直径存在对应关系,是时期划分的重要依据。(3)雄性不育株花蕾中过量的活性氧物质和偏低的抗氧化酶活性,是西伯利亚杏雄性不育的重要原因。MDA含量与O呈极显著正相关,与HO、SOD、POD、CAT极显著负相关,与Pro相关性不显著。雄性不育株的MDA含量在小孢子发育各时期均极显著高于对照株,尤其在双核早期,是对照株的2.48倍。雄性不育株的O含量在双核早期显著高于对照株,在单核期、双核中期和双核晚期极显著高于对照株,尤其在单核靠边期,是对照株的1.86倍;HO含量在单核期和双核早期均极显著高于对照株,分别是对照株的1.40倍、1.32倍、1.33倍和1.34倍。雄性不育株的SOD活性在单核早期、双核中期、双核晚期均极显著低于对照株,在单核靠边期、双核早期显著低于对照株;POD活性在小孢子发育各时期均极显著低于对照株,在双核期分别是对照株的40.66%、38.52%和36.62%;CAT活性在单核靠边期显著低于对照株(74.01%),在双核早期极显著低于对照株(78.01%)。

关键词：西伯利亚杏雄性不育解剖结构生理特性

西伯利亚杏bHLH基因家族鉴定及PsbHLH42功能初探

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西伯利亚杏bHLH基因家族鉴定及PsbHLH42功能初探

作者：温佳星沈阳农业大学

学位级别：硕士

西伯利亚杏(Prunus sibirica)为蔷薇科落叶植物,具有较高的生态、经济和观赏价值,但其花期早,晚霜冻害会造成花器官受冻,给生产带来巨大损失。bHLH家族是植物中最大的转录因子家族之一,在调节生长发育和非生物胁迫反应中发挥着重要作用... 详细信息

西伯利亚杏(Prunus sibirica)为蔷薇科落叶植物,具有较高的生态、经济和观赏价值,但其花期早,晚霜冻害会造成花器官受冻,给生产带来巨大损失。bHLH家族是植物中最大的转录因子家族之一,在调节生长发育和非生物胁迫反应中发挥着重要作用。本研究对西伯利亚杏bHLH基因家族进行了全基因组分析和PsbHLHs的特异性表达分析,通过瞬时遗传转化初步验证了PsbHLH42在低温胁迫中的调控功能。为今后利用基因工程技术改良西伯利亚杏种质提供基因资源。主要研究结果如下:(1)在西伯利亚杏全基因组中鉴定了104个bHLH基因,分为23个亚家族。不均匀地分布在8条染色体上。有19对片段复制基因,10对串联复制基因,所有重复bHLH基因对都进行了纯化选择,基因对的分化时间在12.22至78.54 Mya之间。共鉴定出20个基序,其中基序1和基序2在绝大多数的PsbHLHs中高度保守。同一亚家族成员的结构组成相似。在PsbHLHs启动子区中顺式调节元件最多的是ABRE(289个),最少的是CGTCA-motif(33个)。蛋白质互作分析表明,大部分PsbHLHs之间都有相互作用,PYE(PsbHLH63)与24个成员具有相互作用。(2)荧光定量实验(qRT-PCR)结果显示,低温诱导后,有9个PsbHLHs呈下调趋势,11个PsbHLHs呈上调趋势。20个PsbHLHs在雌蕊、雄蕊、根、茎和叶片中分别有9、4、11、4、2个基因高度表达。(3)克隆得到低温胁迫响应候选基因PsbHLH42,编码蛋白为亲水性非分泌蛋白,主要蛋白质结构元件为无规则卷曲。构建了p RI101-PsbHLH42-GFP过表达载体,瞬时侵染大青杨,低温胁迫后发现转基因大青杨耐低温能力显著增强。

关键词：西伯利亚杏 bHLH基因家族低温胁迫 PsbHLH42 功能验证

西伯利亚杏休眠相关DAM基因鉴定及功能分析

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西伯利亚杏休眠相关DAM基因鉴定及功能分析

作者：陈俊兴内蒙古农业大学

学位级别：硕士

西伯利亚杏(Prunus sibirica)为蔷薇科李亚科杏属植物,是我国重要的生态经济型树种。然而,西伯利亚杏花期早,易受早春“倒春寒”影响,导致落花落果严重,使其产量不稳,严重影响了西伯利亚杏产业的可持续健康发展。近年来,芽休眠相关的基... 详细信息

西伯利亚杏(Prunus sibirica)为蔷薇科李亚科杏属植物,是我国重要的生态经济型树种。然而,西伯利亚杏花期早,易受早春“倒春寒”影响,导致落花落果严重,使其产量不稳,严重影响了西伯利亚杏产业的可持续健康发展。近年来,芽休眠相关的基因备受关注,其中DAM(Dormancy-associated MADS-box)基因作为芽休眠调控的主要基因,在大量研究中被提及。本研究基于西伯利亚杏基因组数据,克隆6条Ps DAMs基因,并通过生物信息学分析对其结构域与进化关系进行探究,利用水培法对西伯利亚杏花芽休眠时期进行鉴定,根据Ps DAMs基因在不同时期的表达模式进行分析,筛选关键候选基因,结合蛋白互作、遗传转化拟南芥对候选基因功能进行验证,为进一步揭示西伯利亚杏花芽休眠调控的分子机制提供参考和理论依据。主要结果如下:(1)基于西伯利亚杏基因组数据鉴定出6条Ps DAMs基因,分别命名为Ps DAM1-6,以西伯利亚杏花芽为材料克隆出6条Ps DAMs基因,通过多序列比对及结构域分析,表明Ps DAMs基因均属于MADS-box基因家族成员,且均含有MADS结构域、I结构域和K结构域,在蛋白序列的羧基端均具有一个保守的EAR基序;通过系统进化分析,发现Ps DAM1、Ps DAM2、Ps DAM3和Ps DAM5聚为一枝,Ps DAM4和Ps DAM6聚为一枝,推测相同亚枝基因具有相同功能。(2)通过水培法统计萌芽率,计算需冷量的累积,结果显示当西伯利亚杏花芽萌芽率达到50%时,可视为其休眠解除,并预测西伯利亚本花芽休眠解除所累积的需冷量为558CH,以此为依据,推测西伯利亚杏花芽于2018年10月22日进入休眠,2019年3月8日休眠解除。(3)通过实时荧光定量的手段对Ps DAMs基因表达模式进行分析发现,Ps DAMs基因在花芽各休眠阶段均有表达,且Ps DAM1表达量在整个休眠进程中呈不规则的动态变化,Ps DAM2在诱导进入休眠时表达量最高,Ps DAM3、Ps DAM4、Ps DAM5、Ps DAM6在休眠诱导期间表达量最高,并随着休眠解除其表达水平逐渐下调,认为Ps DAM2、Ps DAM3、Ps DAM4、Ps DAM5、Ps DAM6可能与诱导进入休眠相关,因此本实验重点研究以Ps DAM6作为代表,开展了西伯利亚杏DAM基因的功能验证。(4)通过亚细胞定位及转录自激活验证等方法对转录因子Ps DAM6进行功能分析,结果显示Ps DAM6蛋白定位于细胞核,且Ps DAM6存在转录自激活现象。构建p MDC32-Ps DAM6超表达载体,利用异源转化拟南芥,发现Ps DAM6转基因拟南芥种子比野生型拟南芥种子萌发晚36h,说明Ps DAM6对拟南芥种子萌发具有抑制作用。(5)为进一步深入研究Ps DAM6的蛋白相互作用机制,以Ps DAM6蛋白为核心,开展酵母双杂交实验,分析Ps DAM6与Ps ABF1蛋白之间的互作关系,结果显示西伯利亚杏Ps DAM6与Ps ABF1存在蛋白互作关系,进而推测Ps DAM6和Ps ABF1共同调节西伯利亚杏花芽休眠进程。

关键词：西伯利亚杏 DAM基因休眠功能验证蛋白互作

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西伯利亚杏果实生长发育及生理落果特性研究

西伯利亚杏果实生长发育及生理落果特性研究

作者：王蓬锴沈阳农业大学

学位级别：硕士

由于西伯利亚杏生理落果现象严重,制约了西伯利亚杏产业发展。因此,探索西伯利亚杏落果特性及其生理机制具有重要的理论和实践意义。本研究以西伯利亚杏无性系为试验材料,观察果实和新梢的发育进程,调查西伯利亚杏落果规律,测定生理落... 详细信息

由于西伯利亚杏生理落果现象严重,制约了西伯利亚杏产业发展。因此,探索西伯利亚杏落果特性及其生理机制具有重要的理论和实践意义。本研究以西伯利亚杏无性系为试验材料,观察果实和新梢的发育进程,调查西伯利亚杏落果规律,测定生理落果期碳水化合物含量变化,以期揭示西伯利亚杏生理落果特性,为西伯利亚杏落果生理机制研究和制定保果措施提供科学依据。主要结果如下:(1)西伯利亚杏无性系果、核、仁生长曲线为“S”型,可分为快速生长期和缓慢生长期。其中坐果后14 d-28d为果实和果核的快速生长期,坐果后28 d-56d为果实和果核的缓慢生长期,杏仁在果、核快速生长结束后开始形成。新梢生长曲线为“双S”型,坐果后14d-28d为第1次快速生长期,坐果后28d-42d为缓慢生长期,坐果后42 d-56d为第2次快速生长期。果实、果核、果仁和新梢的动态曲线可用固定数学模型进行拟合。果实快速生长期和新梢第1次快速生长期发生重合,表明果实发育与新梢生长可能存在营养竞争。(2)西伯利亚杏总落果率为32.37%。坐果后14 d-21d是第一次落果高峰期,落果率为12.22%;坐果后28 d-35d是硬核期,为第二落果高峰期,落果率为7.10%。西伯利亚杏为不带果柄脱落。同一时期的脱落果实较正常果实小且颜色提前变黄,其胚大多干瘪,胚发育异常是西伯利亚杏生理落果的重要原因。(3)西伯利亚杏生理落果期间,新梢的淀粉、可溶性糖和总糖均极显著高于正常果实和脱落果实,正常果实的可溶性糖和总糖含量均极显著高于脱落果实。脱落果肉中的淀粉含量极显著高于正常果肉,果肉中的淀粉还未分解就已脱落。果柄与其相反,果柄中淀粉已经分解。第一、第二落果高峰期,新梢(当年生新枝+叶片)(119.87mg/g,101.01 mg/g)的可溶性糖含量大于正常果实(63.64 mg/g,75.24 mg/g)和脱落果实(54.25 mg/g,60.78 mg/g),果实发育与新梢生长存在营养竞争,碳水化合物供应不足,进而导致生理落果。综上,西伯利亚杏果实和新梢生长曲线为S型,存在两个落果高峰期;新梢与果实间营养竞争致使果实碳水化合物供应不足导致了果实脱落,此外胚败育也是导致西伯利亚杏生理落果的重要原因。

关键词：西伯利亚杏果实发育生理落果碳水化合物

西伯利亚杏种仁油脂积累及脂肪酸组分变化规律

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经济林研究 2021年第1期39卷 145-152页

作者：陈俊兴包文泉敖敦李凤鸣包洪胜李宝玲张淑宁张裕白玉娥内蒙古农业大学林学院内蒙古呼和浩特010018 内蒙古农业大学草原与资源环境学院草地资源教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010011

【目的】采集西伯利亚杏发育期种仁,测定其单仁质量、油脂含量和脂肪酸组分,明确西伯利亚杏种仁发育特点、油脂累积特征和脂肪酸组分变化规律。【方法】以西伯利亚杏发育期种仁为试材,测定各时期种仁质量,利用索氏提取法提取西伯利亚杏... 详细信息

【目的】采集西伯利亚杏发育期种仁,测定其单仁质量、油脂含量和脂肪酸组分,明确西伯利亚杏种仁发育特点、油脂累积特征和脂肪酸组分变化规律。【方法】以西伯利亚杏发育期种仁为试材,测定各时期种仁质量,利用索氏提取法提取西伯利亚杏发育期种仁油脂,并以气相色谱仪法测定各时期种仁脂肪酸组分及其含量,研究其种仁生长发育特点、油脂积累和脂肪酸组分变化规律。【结果】西伯利亚杏种仁发育期约为100 d,从花后10 d~66 d为种仁质量快速累积期(0.021~0.332 g),占整个发育期累积的88%,而花后66 d~101 d为西伯利亚杏种仁质量缓慢累积期(0.332~0.353 g);西伯利亚杏种仁油脂累积呈“慢—快—慢”的变化模式,可分为3个阶段,即油脂缓慢累积期(花后10~45 d)、油脂快速累积期(花后45~73 d)和油脂减缓累积期(花后73~101 d)。油脂累积过程中先后检测出油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸、棕榈油酸、二十碳烯酸和花生酸;随着种仁发育硬脂酸、棕榈酸、二十碳烯酸和花生酸等饱和脂肪酸含量逐渐下降,而油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量逐渐增长,成熟种仁中不饱和脂肪酸含量高达95%,其中油酸含量达到76.0%,亚油酸含量达到18.5%。相关性分析表明,西伯利亚杏种仁发育过程中油酸、亚麻酸、棕榈油酸含量间呈显著正相关,均呈逐渐增加趋势;棕榈酸、硬脂酸和二十碳烯酸间呈显著正相关,在种仁发育过程中呈递减趋势;油酸和亚麻酸与亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、二十碳烯酸呈显著负相关。【结论】西伯利亚杏种仁含油量高,油脂品质优,种仁生长发育期可分为快速生长期(10~66 d)和缓慢生长期(66~101 d);而种仁油脂累积呈“慢—快—慢”的“S”型变化模式,根据油脂含量的变化规律,可将西伯利亚杏种仁油脂累积过程划分为3个阶段;西伯利亚杏种仁油脂累积过程中先后出现8种脂肪酸组分。研究结果可为西伯利亚杏的栽培管理,以及进一步开展西伯利亚杏种仁油脂累积及脂肪酸组分转化机理研究提供理论支撑。

关键词：西伯利亚杏种仁发育油脂脂肪酸