平邑甜茶兩類新生根誘導(dǎo)應(yīng)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(jī)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(dǎo)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(dǎo)應(yīng)用研究;同時(shí)，利用差異表達(dá)譜測序技術(shù)，對兩類新生根基因表達(dá)譜差異進(jìn)行了分析，并通過對蘋果生物信息學(xué)數(shù)據(jù)搜

2、集，建立了蘋果生物信息數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。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(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)能夠誘導(dǎo)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(jī)質(zhì)土壤條件下誘導(dǎo)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(jí)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(xì)弱;結(jié)果期大樹有機(jī)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(xì)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(yàn)表明:改善效果順序?yàn)榛旌咸幚恚旧锾迹居袡C(jī)肥單獨(dú)處理＞粘壤土處理。5％生物炭肥與10％有機(jī)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(yàn)結(jié)果表明:中心區(qū)域?yàn)檎橙劳粒鈱铀T導(dǎo)有效地提高了株高和生物量。以中層水氮誘導(dǎo)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(dǎo)

6、
　　 不同介質(zhì)的栽培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，5％生物炭肥單獨(dú)使用及與有機(jī)肥混合使用增加了根系表面積、根尖數(shù)量和細(xì)根吸收面積比例。其中5％生物炭肥單獨(dú)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(xì)根吸收面積比例為24.99％。生物炭肥與有機(jī)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(xì)根吸收面積比例22.10％。
　　 差異介質(zhì)的水氮誘導(dǎo)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水氮能有效誘導(dǎo)根系再生，不同介質(zhì)條件下，水氮誘導(dǎo)的根

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

8、導(dǎo)根系以生長根吸收為主，細(xì)根吸收僅占1.28％。
　　 不同層次的差異誘導(dǎo)‘平邑甜茶'盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中心區(qū)域?yàn)樯锾糠逝c有機(jī)肥的改良介質(zhì)時(shí)，外側(cè)無根系外沿誘導(dǎo)效應(yīng)，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?yàn)橥寥罆r(shí)，外沿介質(zhì)區(qū)域產(chǎn)生大量細(xì)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(dǎo)產(chǎn)生大量長根，以中層水氮誘導(dǎo)效果最佳，盆栽‘平邑甜茶'可誘導(dǎo)出5-7條吸收根。故“外圍誘導(dǎo)，中層水

9、氮”。
　　 十年生‘富士'田間局部改良當(dāng)年，40×40×40 cm的同等空間內(nèi)，細(xì)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(xì)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(dǎo)致明顯的根系構(gòu)型差異，通過生物炭肥、有機(jī)肥和化肥的不同肥料效果，可實(shí)現(xiàn)對‘平邑甜茶'根系的差異誘導(dǎo)，故“斷根水氮誘

10、導(dǎo)更新，基質(zhì)誘導(dǎo)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(yàn)和過去蘋果根系研究成果及局部效應(yīng)的特點(diǎn)，課題組提出“表層保護(hù)，局部優(yōu)化，中層微補(bǔ)，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(xì)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(xì)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(jìn)程;產(chǎn)量和品質(zhì)提高。
　　 五、利用差異表達(dá)譜測序技術(shù)，對兩類新生根中差異表達(dá)基因進(jìn)行了研究，從5，913，044和6，236，711條表達(dá)標(biāo)簽中篩選到了1，646個(gè)差異基因。廣泛參與次級(jí)代謝途徑、植物與病原互作、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、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(xì)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(yùn)(24.5％)等功能定位。并驗(yàn)證了磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、鉀離子通道、鋅鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等在吸收根高表達(dá)。
　　 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(jìn)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(shí)，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(dá)譜、MiRNARNA及相