为明晰核桃露仁形成的分子机理,以解决核桃栽培生产过程中的露仁问题,本研究以珍稀‘新露’核桃为研究对象;首先,以雌花分化和果实发育解剖结构为出发点,分析‘新露’核桃内果皮发育来源及硬化过程中木质素的动态沉积变化;其次,获得核桃内果皮硬化期全转录组数据,挖掘与露仁性状相关的生理生化过程,建立核桃内果皮硬化发生的生物学功能网络;最后,测定核桃内果皮硬化过程中木质素合成中间代谢物含量,以探寻研究‘新露’核桃露仁形成的客观切入点。主要研究结果如下:(1)‘新露’核桃雌花形态解剖学观察表明:在雌花成熟期,花萼(Cal)、苞片(Bra)和子房原基(Ovap)已清晰可见,胎座外周薄壁组织(Ppp)细胞快速生长并填充整个子房室,胚珠原基(Ovp)开始分化并形成胚珠;在盛花末期,填充子房室的胎座外周薄壁组织开始退化,直至完全消失;在光学显微镜下果实的外果皮、中果皮和内果皮以及分布于中果皮中的维管组织已清晰可辨。(2)盛花后57 d,在果实纵向上,‘新露’核桃果实顶部和基部的内果皮最先出现木质素沉积,并且沉积迅速向内果皮中部延伸;在果实横向上,木质素则由内果皮外侧向内侧进行沉积;盛花后92d,核桃内果皮已硬化区域内侧组织开始失水变得疏松,并被染成淡红色;而这些木质素沉积的区域通常是靠近维管束或维管组织分布密度高的内果皮区域。(3)对27个‘新露’核桃内果皮样本进行转录组测序及WGCNA分析,获得MEblack、MElightcyan、MEdarkviolet、MEantiquewhitel、MEdarkseagreen3 和 MEbrown 共 6 个与肉质态(pulpy-hue)显著相关的基因模块。6个基因模块中的2 127个基因涉及植物次生细胞壁发生、物质转运、苯丙烷类代谢、木质素单体合成、氨基酸合成、金属离子响应及转运、响应光刺激、响应盐胁迫、生长和发育调控等20个主要的生物学过程,并且从2 127个基因中获得了 177个与露仁相关的关键基因。被富集的这些生物学过程组成了 11个相互作用的生物学功能网络。(4)‘新露’核桃内果皮硬化过程中14种木质素合成中间代谢物在壳质态(scleritic-hue)和肉质态中均表现出极大差异。肉桂酸在壳质态中呈“N”型变化趋势,64d时含量达到最大值,78 d时含量下降到低谷,而在肉质态中肉桂酸含量自开始就一直低于壳质态中的,并且在整个过程中含量波动不大。对香豆酸在肉质态中呈倒“V”型变化趋势,在壳质态中变化趋势呈“M”型;在这五个时期,肉质态中对香豆酸含量始终高于壳质态中的。香豆醇、松柏醇和芥子醇是木质素合成的3种重要的单体,这3种物质在肉质态中含量都极低;壳质态中的香豆醇平均含量是肉质态中19.97倍,芥子醇平均含量是肉质态中的1 842倍。由以上结果得出结论:‘新露’核桃内果皮完全由子房壁发育而成,且子房外壁对内果皮的贡献最大;核桃内果皮硬化是内果皮由Pulpy-hue向Scleritic-hue转化的过程;在核桃内果皮硬化期内,该过程彻底完成则形成完整核桃,反之,则形成露仁核桃;香豆醇和芥子醇在Pulpy-hue中的不足,使得该过程无法在内果皮硬化期内彻底完成,从而形成露仁。核桃露仁主要涉及苯丙烷类代谢、植物次生细胞壁形成、物质转运、金属离子响应及转运等生物学过程和177个关键基因参与。木质素合成中间代谢物肉桂酸和对香豆酸是Scleritic-hue和Pulpy-hue中木质素合成发生反常表现的化合物,它们既是木质素生物合成的关键中间物质,也是木质素生物合成过程的重要调节物,且或与‘新露’核桃露仁形成具有密切关联。