核桃(Juglans regia)在新疆已具有2000多年的栽培历史。进入21世纪以来,随着新疆林果产业的快速发展,核桃已成为南疆盆地林果产业果树栽培面积第二大的树种。但在核桃产业快速发展的过程中,由于缺乏对其果实生长发育,尤其是果实发育特性的相关了解,造成核桃生产与管理技术的精准性不够,导致其产量不高、果实品质参差不齐。根据观察,核桃果实发育不良或异常会产生三种结果:一种是在座果期产生生理性落花落果;一种是座果后种仁停止发育,最终导致坚果空壳或种仁不饱满;还有一种是果实可形成完整的种仁,但坚果个头相对较小。鉴于此,本文针对以上果实发育不良或异常产生的三种结果,基于“果实生长发育与生殖特性、环境胁迫、库源关系、基因调控相关的假设”,采用田间实验于室内分析相结合的方法,在构建果实生长发育参照系的基础上,从生殖特性、环境胁迫、库源关系、基因调控四个层面研究了影响果实生长发育的相关因素,并验证了提出的假设,主要研究结果如下:新疆早实核桃果实生长和重量变化可分为四个时期,即Ⅰ期发生于开花至花后30d,核桃种胚主要经历了细胞原胚、球形胚、梨形胚3个阶段,实体解剖中可见核桃种腔内充满液体;Ⅱ期为开花后30 d到70 d,是果实鲜重和果径绝对增长量最大的时期,即为果实快速生长期,核桃种胚主要经历了心形胚、鱼雷形胚、子叶胚3个阶段;Ⅲ期为花后70 d至110 d,核桃果实生长速度比较缓慢,外形变化不大,内部开始形成子叶,并逐渐由凝胶状变为白色;Ⅳ期为花后110 d至采收,果实青皮由绿转黄,并干缩、开裂,单果重量有所下降。核桃胚细胞内的油体首次出现在花后60 d,而花后80 d左右子叶细胞内的油体才开始出现,在花后70 d至110 d油体大量积累,随着果实逐渐成熟,细胞逐渐被油体和蛋白体充满。核桃油体的形成与内质网密切相关。核桃果实生长曲线呈单“S”型,子叶形成和油脂大量合成期主要在花后70 d至110 d。核桃雄花序开始膨大时,花的内部正在完成小孢子形成和雄配子体发育2个阶段。核桃花药中花粉粒数量约为2.96×104,但花粉的萌发力和生活力不高,仅为27.94%,透射电镜中花粉畸形率在95%以上,这与核桃减数第一次分裂产生的二分体和减数第二次分裂产生的四分体中存在微核现象和多数花粉粒内部无细胞核有关。若此类花粉落入雌花柱头上生长,则不利于授粉受精过程。核桃雌芽属于混合芽,3月中下旬,雌蕊中的胚珠原基下的株被最内一层细胞转化为栅栏组织后,珠心表皮细胞下的孢原细胞直接发育形成大孢子母细胞,经减数分裂后形成四分体。四分体中仅有1~2个大孢子发育成单核胚囊,再经过数次分裂产生八核胚囊。4月上旬,待核桃露出拂手状叶片进行展叶后,核桃雌花进入花期。不同授粉方式下的荧光显微结果显示,核桃柱头上的花粉于授粉后8 h开始萌发。自然状的异花授粉和人工辅助自花授粉方式下,花粉的萌发率都较低,而人工辅助异花授粉花粉的萌发率可达95%以上。不同授粉方式下的花粉管经144 h在柱头及引导组织中的生长后,到达子房腔。花粉管沿珠被外表皮下伸到隔膜顶端的时间为授粉后172h。授粉后240 h,人工辅助异花授粉的雌雄配子已结合形成受精核;而自然状态的异花授粉和人工辅助自花授粉方式下的花粉管才到达胚囊位置。此外,花粉管伸长过程中,在引导组织中的生长时间最长。不同授粉方式下核桃胚的发育时期基本一致,均经历了球形期、心形期、鱼雷形期和成熟期等阶段,随后开始形成子叶并发育成成熟的果实。经聚乙烯涂抹核桃柱头后,荧光显微下未见花粉萌发及花粉管生长过程,但未受精的卵细胞可经过数次分裂产生多细胞原胚,最终发育形成成熟的果实。不同授粉方式中,以人工异花授粉方式下核桃果实的重量最重、果径最大,但在雌配子形成期、2细胞原胚期、球形期或者产生游离胚乳核的时期经常可见种室内空胚囊腔。种仁出现干瘪的比例以孤雌生殖最高,为22.3%,其他授粉方式也有种仁空瘪的产生,初步认为这主要与核桃雌配子发育异常有关。自然降尘会对缩短核桃雌雄花的开花物候期,减少柱头乳突状细胞的分泌物,削弱柱头粘着花粉的能力,加速雌花的萎蔫,致使雌花可授性下降。同时减少雄花蕾的散粉量,并堵塞花粉萌发孔,影响花粉在柱头上的萌发,并且延长花粉在柱头上的萌发时间,进而影响到核桃果实的发育进程。自然降尘会对雌雄花器官的生长发育、核桃幼果期的发育产生负面影响。库源比的改变,对果实生长发育的影响很大。果实不同发育时期不同果/叶比条件下,核桃果实的单果重、果径之间存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异。在叶源一定时,果实数量越多,果实的生长速率、内部结构及细胞器的发育越迟缓。而库一定时,随着叶数量的增加,果实生长发育进程加快。当叶源供应不足时,核桃胚、子叶会出现不发育或发育不完全的现象。对转录本进行分析后共得到174 545条unigene。经基因的功能注释分析后,发现27 333个基因被注释到EGGNOG中的KOG数据库中,其中以一般功能预测基因所占基因条数最多。有51 769条unigene被注释到Gene Ontology(GO)数据库的三个功能分类(ontology)中,其中参与生物过程获得GO注释的条数最多。有29 666条unigene被注释到The KEGG resource for deciphering the genome(KEGG)数据库的130个代谢通路中。这些通路涉及核酸合成、碳代谢、氨基酸合成、蛋白质合成、淀粉和糖类合成代谢、脂肪合成及代谢等途径,其中1 325条基因被注释到14个脂类代谢合成途径中。经对比,最终获得脂肪酸合成代谢相关的基因14条,甘油磷脂合成代谢相关的基因30条。accB、accA、accD、FabD、FabG、CDS1等几个关键基因均呈上调表达,若这些基因缺失,不利于核桃果实的生长发育和油脂合成。生殖特性、环境胁迫、库源关系、基因调控与核桃果实生长发育相关,是影响果实生长发育的重要因素。