平邑甜茶兩類新生根誘導應用及其生物信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)建.pdf

1、根系是果樹的根本，調(diào)控根系結(jié)構(gòu)與功能是果園土壤管理的關(guān)鍵。課題組對蓬萊市曲受彭同志果園能夠?qū)崿F(xiàn)連年畝產(chǎn)量在1萬公斤左右高產(chǎn)現(xiàn)象的多年調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該果園土壤有機質(zhì)含量高，吸收根量大，表層環(huán)境穩(wěn)定;以此為背景，本文通過對大田和盆栽條件下的根系環(huán)境改良誘導研究，探討新生根起源與根系構(gòu)型、兩類新生根對植株地上部生長發(fā)育的影響及其栽培培養(yǎng)的誘導應用研究;同時，利用差異表達譜測序技術(shù)，對兩類新生根基因表達譜差異進行了分析，并通過對蘋果生物信息學數(shù)據(jù)搜

2、集，建立了蘋果生物信息數(shù)據(jù)庫平臺。主要研究結(jié)果如下:
　　 一、根組及兩類新生根來源
　　 通過不同介質(zhì)的栽培試驗發(fā)現(xiàn)，有機質(zhì)能夠誘導多分枝根系構(gòu)型，并將此類根系構(gòu)型命名為“根組”。根組是生長根在有機質(zhì)土壤條件下誘導發(fā)生的多分枝根系構(gòu)型，其發(fā)生部位主要是生長根側(cè)生的多級分支。不同樹齡和介質(zhì)條件下，根組發(fā)生有顯著影響，幼苗吸收根量少，且細弱;結(jié)果期大樹有機質(zhì)中吸收根粗壯。根組可以階段性大量發(fā)生吸收根，是吸收根發(fā)生的主要母體

3、。
　　 解剖結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，‘平邑甜茶'新生根維管柱存在二原型、三原型、四原型和五原型的差異。生長根與吸收根均屬于側(cè)根發(fā)生方式，起源于中柱鞘細胞。吸收根的母根多為二原型，而生長根母根多為四原型和五原型。
　　 二、兩類新生根對植株生長發(fā)育的影響
　　 不同介質(zhì)的盆栽試驗表明:改善效果順序為混合處理＞生物碳＞有機肥單獨處理＞粘壤土處理。5％生物炭肥與10％有機肥混合使用葉綠素含量和凈光合速率分別提高了15.55％和

4、57.64％;植株生物量提高了46.36％。
　　 局部改良的盆栽試驗結(jié)果表明:中心區(qū)域為粘壤土，外層水氮誘導有效地提高了株高和生物量。以中層水氮誘導處理植株長勢最好，株高比對照增加23.99％，主干粗度增加9.85％，生物量增加21.90％。不同改良位置對葉片質(zhì)量和枝條貯藏營養(yǎng)無顯著影響。
　　 十年生‘富士'田間局部改良第二年，樹體外部、中部及內(nèi)部葉片凈光合速率分別提高了27.23％、31.95％和46.39％;葉綠

5、素含量分別提高了19.03％、12.52％和12.06％。外圍延長枝春梢可溶性糖及淀粉分別提高了49％和33.5％，秋稍分別提高了28.30％和27.27％。頂芽和腋芽鱗片數(shù)均比對照多1-2片，葉原數(shù)增加1-2片。增產(chǎn)效果明顯，單株增產(chǎn)18.38 kg。
　　 因此，吸收根能夠提高葉片質(zhì)量，防止葉片衰老，增加枝條貯藏營養(yǎng)，調(diào)控樹勢，提高花芽質(zhì)量，提高產(chǎn)量。而生長根可有利于主軸延長、提高樹勢。
　　 三、兩類根系的栽培誘導

6、
　　 不同介質(zhì)的栽培試驗發(fā)現(xiàn)，5％生物炭肥單獨使用及與有機肥混合使用增加了根系表面積、根尖數(shù)量和細根吸收面積比例。其中5％生物炭肥單獨使用使根系表面積和根尖數(shù)量比對照增加了4.47倍和10.78倍，細根吸收面積比例為24.99％。生物炭肥與有機肥混合處理根系表面積和根尖數(shù)量增加5.03倍和14.83倍，細根吸收面積比例22.10％。
　　 差異介質(zhì)的水氮誘導試驗發(fā)現(xiàn)，水氮能有效誘導根系再生，不同介質(zhì)條件下，水氮誘導的根

7、系差異顯著。蛭石栽培下的水氮誘導根系以細根為主，新生生長根細弱;有機質(zhì)栽培下水氮誘導的生長根和吸收根數(shù)量均明顯增加，生長根粗長;有機質(zhì)栽培下的水氮誘導，即能促進生長根的產(chǎn)生，又能誘導吸收根大量發(fā)生。土壤盆栽下的水氮能夠誘導大量生長根產(chǎn)生，圍繞盆壁，形成“界面效應”。河沙栽培下水氮誘導的生長根延長，少分支。
　　 層次誘導試驗發(fā)現(xiàn)，土壤區(qū)域水氮處理能夠有效誘導根系延伸，長度為72.6 cm，是介質(zhì)誘導根系的2.62倍;土壤中水氮誘

8、導根系以生長根吸收為主，細根吸收僅占1.28％。
　　 不同層次的差異誘導‘平邑甜茶'盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，中心區(qū)域為生物炭肥與有機肥的改良介質(zhì)時，外側(cè)無根系外沿誘導效應，根系集中在中層和上層，其中上層根系占到62.09％以上。中心區(qū)域為土壤時，外沿介質(zhì)區(qū)域產(chǎn)生大量細根，根系集中在介質(zhì)中層，根系密度均高于5.10條/cm3，土壤區(qū)域水氮誘導產(chǎn)生大量長根，以中層水氮誘導效果最佳，盆栽‘平邑甜茶'可誘導出5-7條吸收根。故“外圍誘導，中層水

9、氮”。
　　 十年生‘富士'田間局部改良當年，40×40×40 cm的同等空間內(nèi)，細根增加了45條，粗根增加8條;改造空間內(nèi)根系總表面積增加6.76倍，根尖數(shù)量增加11.14倍。改良后第二年，細根增加了137條，增加粗根26條;根系表面積和根尖數(shù)量分別增加13.60倍和19.63倍。
　　 因此，環(huán)境差異可導致明顯的根系構(gòu)型差異，通過生物炭肥、有機肥和化肥的不同肥料效果，可實現(xiàn)對‘平邑甜茶'根系的差異誘導，故“斷根水氮誘

10、導更新，基質(zhì)誘導養(yǎng)根壯樹”，且“局部改良，整體效果”。
　　 四、“局部優(yōu)化、三層節(jié)水”果園管理制度
　　 總結(jié)群眾經(jīng)驗和過去蘋果根系研究成果及局部效應的特點，課題組提出“表層保護，局部優(yōu)化，中層微補，下層貯水”節(jié)水節(jié)肥養(yǎng)根壯樹的土壤管理體系，簡稱“三層節(jié)水”?！叭龑庸?jié)水”處理后細根和粗根分別增加121％和112.5％;短枝比例和短枝質(zhì)量增加;葉片厚度顯著提高，柵欄組織細胞排列緊密，葉綠素分別提高7.1％和12.8％;頂

11、芽和腋芽及葉原鱗片數(shù)增加1-2片;葉片POD含量增加，MDA含量降低，緩解了葉片膜脂過氧化進程;產(chǎn)量和品質(zhì)提高。
　　 五、利用差異表達譜測序技術(shù)，對兩類新生根中差異表達基因進行了研究，從5，913，044和6，236，711條表達標簽中篩選到了1，646個差異基因。廣泛參與次級代謝途徑、植物與病原互作、植物激素信號轉(zhuǎn)導、苯丙烷代謝途徑、核糖體及淀粉和蔗糖代謝及黃酮類代謝等。多數(shù)基因具有細胞內(nèi)功能定位(82.7％)、催化活性(7

12、1.1％)、離子綁定(59.2％)及跨膜轉(zhuǎn)運(24.5％)等功能定位。并驗證了磷轉(zhuǎn)運蛋白、鉀離子通道、鋅鐵離子轉(zhuǎn)運蛋白等在吸收根高表達。
　　 六、本文通過搜集了廣泛的網(wǎng)絡(luò)資源，以結(jié)構(gòu)域、基因家族和基因功能為單位對蘋果基因進行了廣泛的分類和功能注釋，并構(gòu)建了生物信息數(shù)據(jù)庫。同時，數(shù)據(jù)庫還包含廣泛的基因信息，包括CDS及蛋白質(zhì)序列、染色體定位、基因結(jié)構(gòu)、GO分類、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析、Interpro分類、表達譜、MiRNARNA及相