山核桃无融合生殖机制及其在繁育系统中的意义

无融合生殖是有性生殖过程的重要补充，在植物进化和环境适应性方面均具有重要生物学意义。山核桃是葇荑花序类植物，具有适宜风媒异花授粉的典型特征，项目组发现山核桃繁育系统中存在无融合生殖现象，这无疑将减少天然居群的遗传多样性，对物种的进化不利。本项目以山核桃繁育系统的研究入手，重点研究无融合生殖过程中无融合胚、合子胚发生及其竞争的细胞、亚细胞水平的特征以及内源IAA在无融合胚发育过程中的动态变化及其生物学意义，结合控制授粉半同胞子代遗传分析，探讨无融合生殖在山核桃繁育系统及其物种进化中的作用，同时为山核桃无融合生殖的利用、新品种培育等提供理论依据。

通过山核桃花器官形态学、控制授粉、无融合生殖细胞学观察和山核桃SSR标记开发等的研究，发现山核桃具有适应风媒传粉的典型形态特征；山核桃无融合生殖属于不定胚发生，不定胚源于珠心中有浓厚的细胞质和较大的细胞核的细胞，随着细胞的分裂形成不定形的多个细胞团，进入胚囊后完成胚的分化，胚的发生经历了棒状胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚、子叶胚等阶段；胚囊在花粉的刺激下，胚乳和胚囊进一步发育后珠心胚在珠孔端发生。SSR标记（基于山核桃种子发育过程中脂肪代谢期cDNA文库和山核桃雌花芽发育过程RNA 454测序库设计开发的100余对SSR标记）对控制授粉子代和半同胞子代的检测均未发现差异条带。综合控制授粉、细胞生物学和分子生物学的研究，项目组认为山核桃属于专性孢子体无融合生殖，不定胚的发生必须经花粉的刺激和胚乳、胚囊的进一步发育。山核桃不定胚发生过程中信号的转导仍有待深入研究。山核桃天然居群遗传多样性低，天然居群中进行良种选育的潜力小，在育种上应以诱变育种为主。此外，山核桃具有明显的花粉果实直感和花粉种子直感现象，在生产上可以用于提高产量和果实品质。.项目相关研究成果在Biologia Plantarum、Briefings in Bioinformatics、Current Genomics等学术期刊发表论文3篇。同时基于山核桃无融合生殖的结论，项目组在延伸研究发现大别山核桃不同居群内果实性状表现出高度一致性，而居群间差异极显著，通过研究和无性系测定，选育出大别山山核桃林木良种3个，获得六安市科技进步二等奖1项，相关成果在《果树学报》、《园艺学报》等学术期刊发表论文3篇。