千年桐(Vernicia montana)是大戟科油桐属落叶乔木,其干种仁含油率可高达40%-60%,是生产生物柴油的重要木本油料树种。千年桐种子榨出来的油称为桐油,桐油具有比重轻、干燥快、抗酸碱、耐腐蚀等特性,是制作环保涂料和新型复合材料的良好原料。千年桐果实产量、种仁含油率及桐油质量等经济性状是衡量其经济价值的重要指标。因此,为研究千年桐果实发育及油脂积累规律,本研究以不同发育时期的千年桐果实和种子为试验材料,使用形态学、生理生化学、显微分析学、转录组学、生物信息学等研究手段,对千年桐果实生长发育过程中其内外观形态特征变化、种仁内含物成分动态变化、种仁中油脂合成及积累规律进行研究,旨在全面掌握千年桐果实发育及油脂积累规律,为千年桐良种选育及培育高油品种提供科学依据。研究结果表明:1.千年桐果实发育过程中,鲜果重的生长曲线呈“双S”型,果实纵横径、种籽纵横径和鲜籽重的生长曲线均呈“单S”型。果实的体积和重量在18WAF(9月中旬)之前表现为先快速增加再缓慢增长,在18 WAF(9月中旬)之后,果实的体积及重量无明显变化。其中,果实膨大期为7-10 WAF(6月下旬-7月下旬),10 WAF(7月下旬)左右,果实纵横径分别可达到成熟期的88.66%和89.54%。2.千年桐种子含水率、种仁含油率的测定结果表明:随着果实的生长发育,其种子含水率和单粒种仁含油量变化曲线均呈现“单S”型,种仁含油率变化曲线呈“双S”型,且随着含水率的逐渐减少,其含油率逐渐增加。为了解种仁细胞中油脂积累动态变化过程,采用冷冻切片、尼罗红染色与激光共聚焦观察相结合的技术,观察胚乳细胞中油体分布规律。结果表明:果实发育初期,种仁含油率低,油体仅分布在细胞壁的边缘,或稀疏地散布在细胞内部,油体数量少且体积较小。随着果实的不断发育,种仁含油率不断提高,油体逐渐向细胞中间分布,排列更紧密,且油体数量增多、体积变大到果实成熟时期,油体充满整个细胞。其种仁中可溶性蛋白、淀粉、可溶性糖、还原性糖的含量基本随着果实发育均呈“双S”型变化趋势。在果实生长发育的中后期13-15 WAF(8月中旬-8月下旬),由于其体积及重量趋于稳定,形态建成已基本完成,果实进入营养快速积累阶段;此期间,随着可溶性性糖、还原性糖及淀粉含量逐渐降低,种仁中的油脂快速积累。3.千年桐桐油脂肪酸组分在不同的发育时期存在一定的差异。本研究采用气相色谱法对10个时期种仁的脂肪酸组成进行了测定。分析结果表明,随着果实发育,桐油中不饱和脂肪酸含量逐渐升高,饱和脂肪酸含量逐渐降低。成熟时期桐油中不饱和脂肪酸含量约为92%,饱和脂肪酸含量约为8%。千年桐桐油主要含有7种脂肪酸组分,包括4种不饱和脂肪酸和3种饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸为油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)、亚麻酸(C18:3Δ9,12,15)、桐酸(C18:3△9,11,13),饱和脂肪酸含有棕榈酸(C16:0)、硬脂酸(C18:0)和花生酸(C20:0)。千年桐成熟时期桐油的碘值为190.80,表明桐油中的脂肪酸双键数较多,不饱和度高;酸值为0.8602mg/g,皂化值为174.97mg/g,折光指数为1.5154,这些数据说明桐油中不饱和脂肪酸含量高,干燥性能好,桐油质量优。4.本研究采用HiSeq技术对千年桐4个果实发育关键时期(WAF 5、WAF 13、WAF 15及WAF 24)的种仁样品进行转录组测序,总共获得27 366条Unigene;按照时间顺序对4个不同发育时期的转录组数据进行两两比较分析,发现分别有3 592、2 764、1 837条差异表达基因上调,以及4 196、2 927、2 547条差异表达基因下调。在此基础上,对差异表达的Unigene进行GO分类和Pathway富集性分析,得到132个代谢途径,与油脂合成代谢途径密切相关的主要包括甘油磷脂代谢(ko00564)、甘油酯代谢(ko00561)、α-亚麻酸代谢(ko00592)、脂肪酸生物合成(ko00061)、亚油酸生物合成(ko00591)、花生四烯酸代谢(ko00590)等。千年桐种仁转录组脂肪酸生物合成途径中包含了9个蛋白家族共33个unigene,其中丙二酰单酰CoA酰基载体蛋白转酰酶(mCAT)、3-羟烷基酰载体蛋白脱水酶(FabZ)、烯酯酰酰基载体蛋白还原酶(ACPR)、硬脂酰-酰基载体蛋白脱饱和酶(SAD)、酯酰酰基载体蛋白合成酶(ACPS)和油酰酰基载体蛋白硫酯酶(FAT),这6个基因的表达水平在种仁发育前期均呈逐渐升高的表达模式,在发育后期则呈逐渐降低的表达模式,说明酰基载体蛋白基因的表达与油脂积累呈负相关,预示了在今后的相关研究中应重点关注这些基因的参与,深入分析它们在千年桐油脂合成代谢过程中独特的作用机理,以便于提高千年桐种仁含油率。