優(yōu)質(zhì)速生林木品種木材形成的分子調(diào)控機(jī)理結(jié)題摘要

本項(xiàng)目以重要造林樹種為材料，運(yùn)用分子遺傳學(xué)、基因組學(xué)等技術(shù)，對(duì)木本植物維管形成層發(fā)育和木材形成的機(jī)制、關(guān)鍵調(diào)控基因進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：1.通過(guò)冰凍切片和顯微切割技術(shù)建立了形成層研究技術(shù)平臺(tái)。利用該技術(shù)獲取南林95楊休眠期和生長(zhǎng)期形成層細(xì)胞，通過(guò)基因芯片技術(shù)分析了楊樹形成層基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?？寺×藯顦銹eWOX4基因，該基因在分生組織維持和木質(zhì)部細(xì)胞形成中發(fā)揮作用。2.通過(guò)轉(zhuǎn)錄組和差異蛋白組學(xué)技術(shù)研究杉木形成層活動(dòng)機(jī)制，建立了杉木生長(zhǎng)期形成層基因信息庫(kù)。分離并鑒定出杉木形成層活動(dòng)（啟動(dòng)期、活躍期、轉(zhuǎn)化期和休眠期）過(guò)程的差異蛋白132個(gè)，得到杉木形成層活動(dòng)相關(guān)基因和信號(hào)分子。3.通過(guò)轉(zhuǎn)錄組序列信息進(jìn)行功能基因克隆，獲得了杉木形成層活動(dòng)和木材形成相關(guān)功能基因，并進(jìn)行了功能驗(yàn)證。利用差減文庫(kù)、cDNA-AFLP和形成層轉(zhuǎn)錄組基因信息庫(kù)，克隆了與分枝(ClPAE、ClRAB11C、ClRNaseⅢ、ClDELLA) 、生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo) (ClAUX1、ClLAX3、ClPIN)、形成層活動(dòng)（ClWOX1、ClWOX4、CLE）、細(xì)胞生長(zhǎng)與細(xì)胞壁活動(dòng)（Expansin、Extansin、COBRA）、次生木質(zhì)部發(fā)育和木質(zhì)素合成（CCoAOMT、CAD、MYB）相關(guān)功能基因。煙草和擬南芥遺傳轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明這些基因在杉木木材形成和形成層活動(dòng)中具有調(diào)控作用。4.通過(guò)基因誘變及突變體篩選方法，以擬南芥獲為材料獲得植物干細(xì)胞基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)新的調(diào)控元件。研究結(jié)果表明AP2和AGO1基因在擬南芥莖端分生組織干細(xì)胞調(diào)控中發(fā)揮作用。在雜交鵝掌楸進(jìn)行干細(xì)胞調(diào)控基因的同源克隆，得到了WOX、AP2、PIN、CLE家族基因，在擬南芥和煙草中進(jìn)行了功能驗(yàn)證。結(jié)果表明這些基因在形成層發(fā)育、分枝、不定芽分化和莖粗生長(zhǎng)方面均發(fā)揮一定的作用。5.結(jié)合模式植物擬南芥的研究結(jié)果，初步解釋了木本植物木材形成的分子調(diào)控機(jī)理。發(fā)現(xiàn)并證明了WOX/CLE調(diào)控在木本植物形成層活動(dòng)和木材形成中的重要作用。同時(shí)也發(fā)掘了大批林木木材形成和形成層活動(dòng)的功能基因，建立并優(yōu)化了杉木體胚發(fā)生和遺傳轉(zhuǎn)化體系，為木材形成相關(guān)功能的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)保障。項(xiàng)目執(zhí)行期間共培養(yǎng)博士后2名，博士研究生9名，碩士研究生15名；共發(fā)表論文26篇，其中SCI論文15篇，中文研究論文11篇；共申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)，其中獲得授權(quán)2項(xiàng)。 2100433B

以被子植物楊樹、裸子植物杉木為模式樹種，以模式植物擬南芥為參照，綜合運(yùn)用細(xì)胞生物學(xué)、基因組學(xué)、分子生物學(xué)，正反向遺傳學(xué)等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，從建立維管形成層發(fā)育和分化的細(xì)胞和分子生物學(xué)時(shí)空動(dòng)態(tài)精細(xì)模式入手，解決木材形成的細(xì)胞和分子生物學(xué)機(jī)理的研究試驗(yàn)技術(shù)瓶頸；通過(guò)WUS和CLV研究的差異表達(dá)研究研究楊樹和杉木形成層發(fā)育的干細(xì)胞調(diào)控機(jī)理；研究木材早期發(fā)育的激素類信號(hào)因子AUX/IAA基因，GAs類，油菜素內(nèi)脂基因BRs家族等激素信號(hào)分子的調(diào)控機(jī)制，揭示木質(zhì)部早期分化的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；從Expansins基因家族EXP1和EXP2 ，XET，揭示未成熟木質(zhì)部細(xì)胞壁腔體積擴(kuò)展對(duì)木質(zhì)部次生生長(zhǎng)過(guò)程中生物質(zhì)品質(zhì)累積的影響（優(yōu)質(zhì)）；同源克隆上述研究中的基因并進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，進(jìn)行木材生物質(zhì)育種體系楊樹和杉木木材生物質(zhì)組分定向育種和轉(zhuǎn)基因定向遺傳修飾。

速生林品種一般常見(jiàn)的有：泓森槐、速生楊、速生桉（霸王樹）、等等。

目前在這些品種當(dāng)中，泓森槐是最優(yōu)質(zhì)的速生林用材樹種，木質(zhì)硬，適宜做實(shí)木家具和木地板。由于泓森槐有耐干旱、耐貧瘠的特點(diǎn)、改良土壤的特點(diǎn)，不僅可以治理南方荒山的問(wèn)題，還可以解決北方楊樹單一帶來(lái)一些問(wèn)題。

泓森槐除木質(zhì)優(yōu)良，用途廣泛外，種植泓森槐還有很高的附加值，其花、樹皮、樹葉均有廣泛用途。

《氣凝膠型木材的形成與分析》可供木材科學(xué)與技術(shù)、木材功能性改良等領(lǐng)域的研究人員、工程技術(shù)人員和高等院校有關(guān)師生學(xué)習(xí)和參考。

酚類物質(zhì)是木材快速熱裂解液化生物油中極具應(yīng)用價(jià)值的一類產(chǎn)物。然而，到目前為止，木材快速熱裂解液化酚類物質(zhì)的形成機(jī)制還不夠清晰，對(duì)其產(chǎn)率的調(diào)控缺乏理論依據(jù)，制約了木材快速熱裂解液化獲取酚類產(chǎn)物技術(shù)的發(fā)展。本項(xiàng)目擬采用木材主要組分模型物和生物油中標(biāo)準(zhǔn)酚類物質(zhì)作為比照對(duì)象的對(duì)比研究及產(chǎn)物在線檢測(cè)分析的綜合研究方法，探索木材快速熱裂解過(guò)程中氣態(tài)酚類物質(zhì)及熱裂解氣冷凝過(guò)程中液態(tài)酚類物質(zhì)的形成機(jī)制，研究木材的組分及微觀構(gòu)造與熱裂解液態(tài)產(chǎn)物中酚類物質(zhì)形成之間的關(guān)系，闡明木材顆粒特性、熱裂解反應(yīng)條件及冷凝條件對(duì)快速熱裂解液化酚類物質(zhì)形成的影響規(guī)律，分析各影響因素的耦合作用機(jī)制，確定木材快速熱裂解液化過(guò)程中酚類物質(zhì)產(chǎn)率的調(diào)控方案。本項(xiàng)目的研究成果將為合理制定木材快速熱裂解酚類物質(zhì)產(chǎn)率的最大化工藝提供科學(xué)指導(dǎo)，為從低品位的林木剩余物中高效獲取可再生的高品質(zhì)酚類物質(zhì)奠定基礎(chǔ)。