红花槭的良种选育与转色机理研究

摘要

红花槭是北美洲分布最为广泛的优良彩叶乔木，其繁育技术及变色机理是影响其引种及良种选育、应用的关键。本论文通过8年的引种试验、生态选育、无性扩繁，在安徽省选育了5个具有独特观赏性状的适生红花槭良种，并通过变色关键物质分析、转录组测序等方法，对其叶色转化机理进行了研究，旨在为我国园林植物多样性提供种质资源及技术。主要研究结果如下：
　　（1）繁殖红花槭的种子兼具初生休眠及次生休眠的特性。种子采收后置于冰箱中低温贮藏，至翌年春，低温沙藏42d的种子出芽率可达65.8％。红花槭生长速度较快。乡土树种青枫作砧木嫁接红花槭的亲和性较好，嫁接成活率达94%，但接穗的生长速度明显大于砧木的生长速度，并从第3年开始产生嫁接瘤。连栋温室嫩枝扦插结果表明，红花槭的扦插深度应以5cm生根效果最好。8月下旬，红花槭插穗生根率最高，达82.3%，5月次之。生根效果以基质含水量为65%、80%的处理最高，扦插后期，应适当降低基质水分。红花槭嫩枝以100mg·L-1ABT1＃或200 mg·L-1NAA浸泡6h为最佳。
　　（2）引种适应性在安徽中部，红花槭3月下旬、4月初萌芽并吐露花苞，4月上旬可见红色翅果。4月中旬展叶，5月初翅果成熟，并很快脱落。10月中下旬，叶色逐渐变为金黄、紫红、红色等颜色。11月上中旬是观叶的最佳时期。11月下旬至12月上旬，叶片脱落，进入休眠期。红花槭的生长期比原产地渥太华约延长80d，年生长量大。经2007~2014年观察，红花槭适应性及抗性强。2011年初，试验基地连续130天无降雨，4年生的植株能够安全度过干旱期。2013年7月初至8月底，试验地遭遇连续极端高温干旱天气，累计38天最高温度达到35℃以上，最高温度40℃，红花槭安全越夏，但夏季叶片多为黄绿色，且灼伤严重。在新生境，从北美引进的红花槭良种常因栽培环境的改变达不到预期的观赏效果。
　　（3）良种选育红花槭为杂性异株，实生苗后代叶色等观赏性状变异大。通过生态选育、无性扩繁的方法培育了适应新生境的良种。经专家决选、区域化试验，红叶色系‘中国红’、‘艳红’，黄叶色系‘金色秋天’、‘橙之梦’，叶色特异表达品系‘金脉红’等5个良种通过安徽省林木良种审定委员会审定。经5年以上观察，在安徽省这些良种的叶色等观赏性状表现相对稳定。另外，一个三叶品系、3个早变色优良株系进入扩繁期。
　　（4）叶色转化的机理（生物化学水平）叶色转红与花青素苷含量上升密切相关。对红花槭实生群体中的红叶、绿叶、黄叶分析表明，花青素苷的浓度依次为：红叶＞绿叶＞黄叶，叶绿素的浓度依次为：绿叶＞红叶＞黄叶，且差异显著；红叶、黄叶的类胡萝卜素浓度低于绿叶；不同叶色叶片可溶性糖及pH值差异不显著。以红叶色系‘艳红’、黄叶色系‘金色秋天’为材料，对其变色前后叶片进行了验证分析。结果显示，转色后，‘艳红’的花青素苷含量显著升高，而‘金色秋天’的花青素苷含量变化不显著；‘艳红’、‘金色秋天’的类胡萝卜素、叶绿素含量均显著下降。
　　（5）红花槭‘艳红’叶色转化期转录组解析对‘艳红’变色期的红叶与绿叶进行了转录组Illumina双端测序，分别获得了4730 M、4734 M的原始数据；Q20百分比分别为98.15%、98.11%；GC含量分别为43.15%、43.33%。对测序产生的短序列进行拼接，从红叶、绿叶数据库分别获得了143862、175150个重叠群（contig），平均长度分别为304nt、295nt。通过Trinity软件分别组装了73556、87482个unigenes，unigenes平均长度为583nt、579nt。N50分别为1109nt、1127nt。注释到NR，NT，Swiss-Prot，KEGG，COG，GO库的Unigene分别是45637，34538，31065，29243，23039，32414个，所有注释上的Unigene是48245个。其中花青素苷合成途径相关基因14个，类黄酮合成相关基因219个。KEGG Pathway分析表明，红叶相对绿叶有2089个Unigene表达量上调、3410个Unigene表达量下调。
　　（6）‘艳红’花青素苷合成途径分析及关键基因挖掘在变红的‘艳红’叶片中，花青素苷合成途径中14个基因中的5个表达可能上调；类黄酮途径中219个基因中的53个可能上调。花青素苷合成3大途径关键基因F3H、F3′H、F3′5′H及DFR，均在转录组数据库中找到，显示了红花槭‘艳红’具有花青素苷合成的3大途径。花青素苷合成上游基因CHS、CHI，合成基因ANS，后修饰基因3AT等的表达可能协同上调。花青素在中性pH下不稳定，后修饰能提高其稳定性和转运性。在转录组数据库中，仅找到花青素糖基化基因3AT、UGT75C1，烷基化基因FMT等少量后修饰基因。与其它物种花瓣花青素后修饰基因相比，糖基化基因种类较少，可能造成花青素不完全糖基化。相关基因及酶活性有待进一步定量分析、验证。本研究可为红花槭叶色的分子改良提供参考。

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缩略词

第一章 文献综述

1 引种驯化

2园林彩叶植物的概况及引种

3 槭属植物的观赏价值及引种

4 红花槭的生物学特性及其引种

5 红花槭的繁殖技术

6 红花槭的良种选育

7叶色研究进展

8基于花青素苷的叶色形成的分子机理

第二章 引言

1 研究的目的和意义

2 主要研究内容

第三章 红花槭的繁育与引种适应性研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第四章 红花槭叶色转化的机理研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第五章 结论与讨论

5.1 结论

5.2创新点

5.3 讨论

参考文献

附录

致谢

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