榛子延迟受精期间强弱势果实发生机理与调控技术研究

It takes about 60 days to complete fertilization process after pollination in hazelnut. Obvious superior and inferior fruit in one fruit cluster occurs frequently during the delayed fertilization period, and this phenomenon lead to serious yield loss in hazelnut production. Artificial pollination has no positive effects on lowering the percent of inferior fruit in cluster. Corylus heterophylla and hybrid hazelnut (Corylus heterophylla Fisch.× Corylus avellana L.) which differ in superior and inferior fruit ratio will be used as materials in the study. To start with, difference in intermittent growth pattern of pollen, characteristics of ovary and embryo sac development, fertilization process and conducting tissue in superior and inferior fruit will be comparably analyzed in order to illuminate the morphology and anatomy basis of inferior fruit formation. Then, fluorescein disodium tracing method will be used to determine the characteristics of elements or sugar transport obstacle during fruit developmental stage. The relationship between the changing dynamics or distribution of sugar, mineral nutrition and endogenous hormones and inferior fruit formation will be discussed on three levels including environment, plant and fruit. Mechanism of inferior fruit formation and its regulation method will be clarified. Thirdly, RNA-Seq and qRT-PCR methods will be used to determine the key genes related with inferior fruits formation, and gene regulation network will be established to classify the mechanism of inferior fruit formation. Base the mechanism of inferior fruit formation, different physiological chemicals and treatment will be carried out to prove the availability of the mechanism. The study above will provide theoretical and practical basis to overcome yield losses caused by superior and inferior fruit formation in hazelnut.

榛子授粉与受精间隔约60天，在延迟受精期间，果簇中强弱势果实现象明显，因高比例弱势果实导致的低产问题普遍发生，而辅助授粉不能降低弱势果实的比例。本项目拟对比研究榛子延迟受精期间强弱势果实中花粉管的间歇性生长模式、子房与胚囊等的发育特征、受精过程及输导组织形态的差异，解析弱势果实形成的形态解剖学基础。在此基础上，用荧光素二钠示踪法确定营养物质向弱势果实的运输障碍发生特征，并分析糖类、矿质营养元素和植物内源激素等生理活性物质变化动态、时空分布与弱势果实形成的关系，在环境、植株及果实等层次研究弱势果实形成的机理及其调控途径。进一步，利用转录组测序RNA-Seq技术结合qRT-PCR方法鉴定与弱势果实形成相关的基因，构建调控强弱势果实形成的基因表达调控网络。通过机制的解析，用不同的生理制剂和处理方法加以验证，为克服榛子延迟受精过程中强弱势果实现象造成的产量损失提供理论和实践依据。

榛子是世界四大干果之王，综合利用价值很高，栽培榛子对于发展山区经济、增加农民收入具有重要意义。榛子有延迟受精的生物学习性，子房在授粉以后才开始分化，授粉与受精间隔约60天，在此期间大部分子房发育停滞。因高比例弱势果实导致的低产问题普遍发生。为解析榛子强弱势果实发生机理与调控技术，本项目从形态解剖水平上分析了正常与败育果实的显微结构与花粉管生长差异；在生理水平上分析了败育果实形成密切相关的植物激素；通过建立蛋白谱与基因转录谱，研究了与果实败育密切相关的基因与蛋白。本项目获得如下研究结果。（1）对比研究了正常发育果实与败育果实的果实发育进程与花粉管生长模式，发现弱势果实不能形成成熟的胚囊结构，花粉管长期驻留于花柱的基部，不能进入胚珠，因而不能完成受精作用。(2)研究了植物内源激素与子房败育的关系。与正常发育胚珠相比较，败育胚珠中的IAA、GA、CTK和SA生物合成和信号通路受到抑制，ABA、ETH、和 JA生物合成和信号通路倾向于活化。(3)建立了正常发育果实与败育果实的差异蛋白谱，共鉴定到249个差异表达蛋白，其中上调、下调表达蛋白分别为180个和69个。对差异表达蛋白进行了分析，确定榛子败育子房的形成与光合作用、碳水化合物运输与代谢、能量合成与转换、花粉管生长与DNA甲基化等相关，并初步筛选重要候选蛋白37个。(4)建立了正常发育果实与败育果实的转组谱，并与蛋白谱进行了关联分析，鉴别到32个变化趋势相同的关联子，这些关联子主要参与代谢、协迫反应、维管束发育及水分运输、种子发育、细胞生长分裂等生物学过程。(5)基于以上结果，提出了一套榛子丰产栽培技术。本项目已经发表SCI收录论文5篇，获得授权国家发明专利1项，培养硕士研究生4人。本项目阐明了榛子弱势果实的发生机制，确定一批与弱势果实的形成相关的重要基因与蛋白，为高产新品种选育提供了科学依据，为其丰产栽培提供了新的技术手段。