芍药(Paeonia lactiflora Pall.)是我国的传统名花,也是当前国际市场上新兴的高档切花。目前我国的芍药切花产业尚处于起步阶段,用于切花生产的品种多从传统品种中筛选获得,它们多数花茎纤细、强度不足,容易造成花头弯曲、不挺直,严重影响切花品质。因此,开展芍药花茎强度形成机理研究对于提高芍药切花品质意义重大。现已明确木质素是影响芍药花茎强度形成的重要化学物质,但对于它尚缺乏系统深入的研究。本研究以芍药不同花茎强度品种为材料,观察了花茎解剖结构,分析了花茎木质素特征的发育动态变化,并基于转录组测序来筛选芍药花茎木质素合成相关基因。主要结果如下:(1)通过对8个不同花茎强度芍药品种的形态指标与解剖结构观测,发现茎粗与花茎强度呈极显著正相关,它们之间的花茎微观结构基本一致。花茎强度高的芍药品种的维管束数量、维管束总面积、导管穿孔数、木质部占横切面的比值、次生细胞壁加厚的细胞层数和次生细胞壁厚度整体都高于花茎强度低的芍药品种,并且花茎强度与维管束数量、维管束总面积、导管穿孔数、木质部占横切面的比值和次生细胞壁厚均存在极显著正相关。此外,通过间苯三酚染色发现芍药花茎中木质素主要沉积在花茎次生木质部细胞壁中,花茎强度高的芍药品种着色面积更大、颜色更深,这与所测定的木质素含量结果相一致。(2)通过对花茎强度高的芍药’红峰’和花茎强度低的芍药’夕霞映雪’进行比较分析,发现它们的茎粗、花径、花重和花茎强度等形态指标均随植株发育不断增大,并且’红峰’茎粗与花茎强度一直高于’夕霞映雪’。在解剖结构观察和组织化学染色中发现,’红峰’和’夕霞映雪’花茎次生细胞壁随植株发育不断加厚,次生细胞壁加厚的细胞层数不断增加,同时花茎细胞壁木质化程度、木质素分布范围与数量也随植株发育逐渐增加,并且它们在’红峰’中均高于’夕霞映雪’。此外,2个品种的花茎木质素含量与木质素合成相关酶PAL、C4H、CAD和POD活性在植株发育过程中均呈上升趋势,并且’红峰’高于’夕霞映雪’。(3)通过FTIR和2D-HSQC对 ’红峰’和’夕霞映雪’花茎木质素结构分析发现,它们的花茎木质素均由G-木质素、S-木质素和H-木质素3种类型组成。进一步通过HPLC定量分析发现,2个品种的花茎木质素主要由G-木质素和S-木质素构成,并且它们在’红峰’中含量基本都高于’夕霞映雪’;而就S/G比值而言,2个品种的值随植株发育不断增大,并且’红峰’ S/G 比值一直高于’夕霞映雪’。(4)将’红峰’和’夕霞映雪’盛花期花茎的混样进行第三代全长转录组测序,共获得191336个Polished consensus序列,去冗余后得到113974个转录本,共有105382(92.46%)个Unigenes被注释,其中在NR数据库中注释到103413个,在Pfam数据库中注释到64611个,在KOG数据库中注释到68273个,在Swiss-prot数据库中注释到90856个,在KEGG数据库中注释到102807个,在GO数据库中注释到64611个,在NT数据库中注释到87807个。在此基础之上,将’红峰’和’夕霞映雪’ 3个发育时期花茎进行第二代转录组测序,每个样品平均产出68.2 M有效reads,比对上芍药参考基因集的平均比对率为80.25%。通过分别比较’红峰’和’夕霞映雪’ 3个发育时期花茎的转录组,在3个时期分别获得34703、36336和34512个DEGs。(5)采用qRT-PCR技术对随机选择的9个DEGs表达模式进行验证,发现它们在’红峰’和’夕霞映雪3个不同发育时期花茎中的表达模式与转录组测序获得的结果基本一致。在注释到的代谢通路中,筛选到1条与木质素合成相关的苯丙烷生物合成途径,并且找到11 个参与木质素合成的 DEGs,包括PAL、C3’H、HCT、F5H、CCoAMOMT、COMT、4C CCCR、C4D和POD。对11个参与木质素合成的DEGs表达水平进行可视化展示后发现,它们在芍药发育花茎中的表达模式各不相同,并且同一基因不同家族成员也存在多种表达模式。本研究共筛选到表达模式与花茎木质素含量趋势相一致的基因家族成员有:3 个PAL、2 个 C4H、5 个4CL、2 个 1 个 C3’H、1个CCo4(OMT、3个COMT、1个CCR、5个CAD和3个POD,它们的表达水平在2个芍药品种发育花茎中均呈上升趋势,并且’红峰’中表达水平均高于’夕霞映雪’。