马尾松幼苗生长形态变异的生理及分子基础

Morphological variation will appear during trees ontogeny, such as the needle types variance at the seedling stage of Pinus massoniana. But there are still no scientific, systematic researches on the causes. The project focus on the interacting regulation of secondary needles (dwarf shoots) outgrowth, based on phytohormones and transcriptome analyses. Moreover, the ontogenetic differentiation will evaluated combination of phenotype and physiology. Surely, the results of this study will provide theoretical support for further research of preliminary identification of seedling type, as well as the shoot branching.

林木个体发育过程中，会表现出形态上的变异。在马尾松成苗期，会出现全条形叶和全针形叶两种不同生长形态苗木。然而马尾松不同生长形态幼苗在表型和生理上的差异及成因的调控机制却一直缺乏深入和系统的研究。在形态学和解剖学上，马尾松针叶成束着生于不发育短枝，本项目以此为突破口，从植物分枝发育的角度切入，解析马尾松幼苗形态变异的植物激素与遗传因素协同调控机制。并综合表型与生长生理特征，全面剖析马尾松幼苗生长形态变异类型间的差异。本研究结果将为进一步的马尾松不同生长类型幼苗的早期、快速鉴别及良种壮苗培育提供理论基础，丰富和完善马尾松短枝分化方面的研究，具有重要的实践意义。

林木个体发育过程中，会表现出形态上的变异。在马尾松成苗期，会出现全条形叶（I类型）和全针形叶（III类型）两种不同生长形态苗木。然而其表型和生理上的差异及成因的调控机制却一直缺乏深入和系统的研究。本项目通过连续三年的育苗实验，明确了三种类型幼苗的生长发育进程；在此基础上，对不同类型幼苗第一个生长季的地上和地下部分生长、叶绿素荧光特性以及苗木质量、抗旱性、造林一年后的表现等生理性状的变化规律进行了较为系统的探析；同时按计划开展了不同类型幼苗转录组学，包括三代全长转录组和二代高通量测序，以及主要植物激素的研究，初步剖析了参与马尾松不同类型幼苗生长调控的激素与分子调控机制。完成了原计划研究内容及目标，并扩展了三代全长转录组、外生菌根群落多样性、不同类型幼苗抗旱性、叶绿素荧光特性、地下部分特征等内容上进行了更进一步的研究。.研究结果显示：（1）I类型幼苗初生叶腋芽在第一个生长季一直处于休眠状态，而III类型幼苗自7月初陆续有针叶展出；（2）初生叶拥有较高的叶绿素含量和光能转化效率，较耐光抑制，在高光强下反应最为敏感，其能够迅速启动高能态淬灭机制以热耗散的形式来减少光能对光合系统的损害。次生叶作为一种成熟态的针叶，通过减少能量耗散的比列来达到最适宜生长的光合效率，有利于自身适应立地条件和环境影响，表现出较高的抗逆性。（3）三种叶型幼苗对不同干旱处理的主动响应及适应能力不同，Ⅲ类型幼苗的苗木质量指数显著的高于类型Ⅰ、Ⅱ两种类型幼苗，且在造林1a后的生长表现最好；（4）III类型幼苗根系长度、表面积等构型指标显著高于I类型幼苗，幼苗根系ECM真菌群落多样性与幼苗生长之间表现出正向的相关性；（5）GA代谢通路参与了马尾松幼苗生长形态变异的调控，初步筛选出GA2 oxidase基因以及其可能的转录调控因子SVP-like。研究结果为马尾松生长期幼苗良种壮苗的培育提供了理论依据。