外源赤霉素对彩红杨株高和木质部细胞壁发育影响的研究.pdf
摘要
彩叶杨是美洲黑杨2025杨的芽变品种，不同品种的彩叶杨在形态学方面具有显
著的差异，而彩红杨作为美洲黑杨2025杨的芽变新品种，与美洲黑杨2025杨相比株
高发育较为缓慢。株高作为木本植物重要的生长性状，其发育过程对于木材生物量的
累积有着重要的影响。株高的发育受到环境因素、遗传因素、细胞壁发育和植物激素
等多种因素的共同调控，其中植物激素是影响植物株高发育的关键因素。赤霉素作为
重要的植物激素之一，可以促进植物细胞伸长和细胞分裂，在株高的发育过程中起到
了关键作用。目前，研究人员已经针对赤霉素在植物生长发育中的作用和机制开展了
一些研究，但在外源赤霉素对彩叶杨树株高和细胞壁发育方面的研究较少，对于赤霉
素调控木本植物株高和木质部细胞壁发育的分子机制还不清楚。因此，本研究以一年
生彩红杨扦插苗为研究对象，通过测定分析不同种类和不同浓度的赤霉素处理后彩红
杨的形态学指标和木质部解剖特征的差异，并利用转录组和代谢组学方法，分析外源
赤霉素对彩红杨内源植物激素和细胞壁化学成分的合成代谢途径中关键基因表达的
影响，明确外源赤霉素调控彩红杨株高和木质部细胞壁发育的分子机制。主要研究结
果如下：
1100mg/LGA
（）赤霉素处理后彩红杨的株高和地径生长变化显著，其中3处理
和50mg/LGA处理效果最显著，两组赤霉素处理组彩红杨木质部宽度、木质部细胞
4
层数和纤维长宽显著大于对照组；100mg/LGA处理组彩红杨的双壁厚和壁腔比显著
3
大于其他处理组；赤霉素处理组彩红杨的导管比量、纤维比量和射线比量与对照组相
比无显著差异。
（2）通过对彩红杨茎干木质部进行转录组测序，并对原始数据进行质控共获得
了60.52GbCleanData。赤霉素处理组与对照组间共获得2091个差异表达基因，其
中GA处理组彩红杨与对照组相比差异基因数目最多，下调基因816个，上调基因
4
648个。GO功能分析和KEGG富集分析结果表明，赤霉素处理组彩红杨木质部中的
MAPK
大量差异基因富集到“信号通路”和“植物激素信号转导通路”中。差异基
因中的MYB家族、NAC家族、AP2/ERF家族、GRAS家族和bHLH家族的转录因子
共同调控植物的生长发育。代谢组测试结果表明，赤霉素处理组木质部中获得的差异
代谢物种类最多的是黄酮类、脂质、木脂素和香豆素类，主要富集到类黄酮生物合成、
糖的合成代谢、磷酸盐的代谢和氨基酸的生物合成等途径中。
（3）通过加权基因共表达网络分析，赤霉素处理组彩红杨中获得的2091个差异
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基因，这些差异基因被划分到个不同颜色的模块中，筛选出与株高、地径、三大
素含量和纤维长宽相关度较高的Turquoise、Brown、Blue、Pink4个模块，对各模块
II
内的基因进行KEGG分析和核心基因的筛选，其中Brown模块的核心基因
POPTR_012G038300v3功能注释为LHY，属于MYB转录因子家族，MYB转录因子可
以影响植物黄酮类化合物的生成，与木质部细胞壁成分的生物合成有关。
（4）通过液相色谱串联质谱的方法检测赤霉素处理组和对照组彩红杨内源生长
素和赤霉素的含量，结果表明，赤霉素处理组彩红杨与对照组相比内源生长素和赤霉
GAIAA
素的含量差异显著。其中，处理组中的含量升高，活性赤霉素含量降低，
3
GA处理组中IAA含量降低，活性赤霉素GA和GA含量升高，GA和GA含量降
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低。生长素和赤霉素的