【摘 要】
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椰子主要通过成熟椰子果(种子)进行种苗繁育,种子萌发周期长(2个月)、萌芽率低(不足60%),且育苗周期长达8-10个月,从而导致种苗生产成本较高,价格高达80-100元/株。因此,提高发芽率是椰子产业提质增效亟待解决的技术难题。但椰子种子萌发机理尚不明确,近年来在提高发芽率方面一直没有突破性进展。本研究以海南高种椰子(HT)和红矮椰子(RD)为材料,通过测定果实发育过程中椰子水(液体胚乳)、椰肉
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椰子主要通过成熟椰子果(种子)进行种苗繁育,种子萌发周期长(2个月)、萌芽率低(不足60%),且育苗周期长达8-10个月,从而导致种苗生产成本较高,价格高达80-100元/株。因此,提高发芽率是椰子产业提质增效亟待解决的技术难题。但椰子种子萌发机理尚不明确,近年来在提高发芽率方面一直没有突破性进展。本研究以海南高种椰子(HT)和红矮椰子(RD)为材料,通过测定果实发育过程中椰子水(液体胚乳)、椰肉(固体胚乳)和吸器(胚下端的特异膨大组织)中的可溶性糖和脂肪酸含量变化,探讨种子萌发过程中的能量物质供给规律,并结合吸器不同发育期(T0-T5)主要内源激素的含量变化,研究植物激素的调控作用;此外,基于多组学(转录组、蛋白组、代谢组)技术,重点分析了海南高种椰子未萌发期(T0)、萌发初期(T1)以及萌发后期(T5)的差异基因、蛋白和代谢物,解析了植物激素、可溶性糖和脂肪酸对椰子种子萌发的影响。主要研究结果如下:1、与红矮椰子相比,海南高种椰子果实较大,液体胚乳和固体胚乳储量大(分别为红矮椰子的1.35倍和2.70倍),糖和脂肪酸等营养物质的储备较多,在种子萌发过程中可提供更多的能量物质,故而种子萌发率相对较高。因此,椰子种子发芽率与其营养物质储备量呈正相关。2、吸器不同发育期(T0-T5)的内源激素测定结果表明,植物激素在种子萌发过程中发挥重要作用。其中赤霉素(GA3)在种子萌发初期(T1)大量积累(海南高种为1.91 ppb,红矮为1.49 ppb),随后又快速下降,可能是椰子吸器膨大和胚萌发的启动因子;相反,脱落酸(ABA)在种子萌发过程中逐渐下降,可能是负调控因子。3、果实发育过程中液体胚乳逐渐减少、固体胚乳逐渐增加,推测液体胚乳转化为固体胚乳,为果实的成熟及后期种子萌发蓄积能量;液体胚乳中的可溶性糖前期以果糖为主,后期以蔗糖为主,而在固体胚乳中以蔗糖为主,果糖次之;在此过程中,两种胚乳中的葡萄糖和木糖含量均保持较低水平,所占比例均不足5%。4、种子萌发过程中液体胚乳中的可溶性糖和固体胚乳中的脂肪酸变化结果表明,二者依次为吸器发育提供能量。在吸器发育前期(T0-T2),固体胚乳含量基本不变,而液体胚乳(主要是果糖和蔗糖)快速减少(其中海南高种由T0期的430m L下降至T2期的126m L),主要为吸器膨大、胚芽萌发提供能量;在吸器发育后期(T3-T5),残留的椰子水持续减少,至T5期已经完全消失,而固体胚乳(主要是月桂酸)快速分解,为吸器膨大至几乎完全占据整个椰腔以及幼苗快速生长提供能量。5、本研究基于转录组、蛋白组和代谢组技术测定了海南高种椰子未萌发期(T0)、萌发初期(T1)及萌发后期(T5)的差异基因、蛋白质和代谢物。其中转录组共检测到26,725个基因,样品比对椰子基因组的平均比对率为95.56%;蛋白组总共鉴定出29209条肽段和6254个蛋白质;代谢组共检测出118种化合物,主要是脂类和有机酸类。多组学整合分析结果发现,植物激素、糖和脂肪酸可能通过互作共同调控椰子种子萌发。6、重点筛选与植物激素、糖和脂肪酸合成代谢密切相关的基因(分别为185、163、42个)、蛋白质(分别为38、85、5个)和代谢物(分别为485、189、150个)进行多组学关联分析,结果表明:GA3/ABA平衡可能是启动种子萌发的前提条件,且主要受DELLA蛋白和锌指结构域E3泛素连接酶(XERICO)的互作调控,推测是GA含量升高到一定程度时DELLA编码基因下调表达,通过抑制XERICO编码基因表达导致ABA含量降低,从而启动种子萌发;此外,月桂酸、葡萄糖和脱落酸之间存在互作关系,月桂酸分解为葡萄糖,其中己糖激酶(HXK)作为葡萄糖合成的正向调控因子发挥重要作用,推测是HXK的高表达抑制了ABA的合成积累,从而启动椰子种子萌发。
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