火龙果补光诱导花芽分化影响因子及效应研究

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火龙果植物原产于中美洲热带雨林及沙漠地带,在国内已有一定种植规模。火龙果作为一类新兴水果,具有较高的营养价值和保健价值,愈受消费者喜爱。火龙果作为长日照被子植物,自然花期通常早于市场销量和价格最佳的春节,在11月份后,由于光照时间的不足,影响火龙果成花过程,严重制约了火龙果在冬季的产量,制约了产业的发展。目前,生产上采用补光措施来调节火龙果周年产期,但是缺乏理论支撑,造成了人力、电力等资源的浪费,因此研究正确的人工补光措施和火龙果的成花机理研究,对火龙果高效安全生产具有十分重要的指导意义和应用价值。本论文以广西火龙果“桂红龙1号”作为实验材料,10月1号进行补光诱导,通过统计火龙果现蕾的个数探究不同的光谱(光质、光强)和温度对火龙果花芽分化的影响,得出适合广西冬季火龙果补光技术措施。同时观察火龙果花芽分化过程的组织结构变化,以明确补光现蕾发生关健时间;通过分析花芽形态分化期间的内源激素、碳氮营养含量以及可溶性糖含量变化情况,探讨火龙果花芽分化发生的生理原因;最后以火龙果花芽发生时期芽体为材料分析诱导开花的基因调控网络。研究结果如下:1.补光处理能够明显诱导火龙果花芽分化,混合光波长为660nm、450nm的组合处理诱导效果最好,其成花枝率为40.00%,单波长处理诱导较差,其中单波长610nm和450nm处理诱导失败。温度影响火龙果补光诱导的成功,“昼30℃/夜25℃”、“昼30℃/夜20℃”和“昼25℃/夜20℃”处理在夜间补光诱导成功现蕾,而“昼20℃/夜16℃”条件下的处理没有成花效果。2.从外部形态观察火龙果补光现蕾的芽体形状呈圆锥形,花芽颜色浅绿色,鳞片会分到6层,有阶梯性,鳞片往外微张。显微结构进一步观察将火龙果的花芽分化过程划分为5个时期:未分化期、花原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄雌蕊原基分化期。3.IAA、ABA含量在整个花芽形态分化期内显著高于CK,而GA3、CTK和乙烯总体含量高于CK。ABA/GA3、CTK/GA3和ABA/CTK在未分化期都开始上升,而GA3/IAA、CTK/IAA和IAA/ETH是下降。火龙果花芽形态分化过程中,可溶性糖的含量高于CK,总碳的含量在整个花芽形态分化期高于CK,而氮含量效应不显著,其C/N比值变化趋势均呈现下降-上升-平稳。高水平的IAA、ABA有利于诱导花芽分化;在激素平衡中,高比例的ABA/CTA和ABA/GA3有利于火龙果花芽从营养生长向生殖生长转换,而低比例GA3/IAA和CTK/IAA有利于火龙果花芽从营养生长向生殖生长转换。高水平的可溶性糖含量、碳水化合物含量促进花芽的分化和成花。4.对花芽分化的三个阶段(FHM,HB,XC)进行转录组测序分析。个样品平均产出42.44 M数据。比对基因集的平均比对率为86.15%;一共检测到16,649个基因,将Unigene与四大数据库进行比对后发现,FHM样品clean reads中分别有91.4%、92.2%、90.38%可被参考基因组注释,HB样品clean reads分别为78.63%、78.24%、77.2%,XC样品的clean reads分别为88.89%、88.24%、90.21%,数据库中获得功能注释。其中表达基因上调的有836个,下调的有948个。整个转录水平在火龙果花芽分化过程的表达基因中均存在有差异。通过对不同组间的差异表达基因进行GO分析发现,火龙果花芽分化期生物学过程(biological process)中的基因条目所占的比例为50%以上,主要集中在激素代谢过程、糖代谢、信号转导功能和化合物代谢过程上。根据KEGG PATHWAY分析发现,显著的富集的途径植物激素信号转导功能、MAPK信号通路-植物、昼夜节律-植物、淀粉和蔗糖代谢和碳代谢。其中植物激素信号转导功能中相关的差异基因,FHM-vs-HB有249个,而FHM-vs-XC和HB-vs-XC分别有224个、235个差异基因。昼夜节律相关的基因有光敏色素A(PHYA)、光敏色素B(PHYB)、隐花色素、TOCI、LHY和CO。综上所述,通过补光措施,可显著提高火龙果的成花枝率。诱导火龙果花芽分化过程中内源激素、碳氮营养、可溶性糖异常,这为后续深入探究火龙果开花代谢通路提供研究思路。
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