天然林更新慢以及人工林营建与管理措施粗放,导致很多林分形成低质林,天然次生林的更新与抚育成为提升林地生态与经济效益的重要方法与手段。林下补植补栽是促进森林更新的重要方式之一,而光环境是制约林下更新的重要因素,光照是影响植物生长发育的重要环境因子之一,对不同光环境下主要造林树种生长特性的研究具有重要意义。本研究以胡桃楸幼苗为研究材料,对其进行不同程度的遮荫处理(对照,80%光照,50%光照,20%光照)和补充照明处理(对照,LED补光4 h,LED补光8 h),测定不同处理下胡桃楸的生长与生理指标,并进一步进行叶片转录组与代谢组的测序与分析,分析不同光环境对胡桃楸形态和生理指标的影响,并探讨胡桃楸对不同光环境的分子响应机制,主要研究结果如下:(1)不同程度遮荫处理下胡桃楸生长与生理指标测定结果表明,所有指标差异均达显著水平。在生长指标方面,50%光照处理下胡桃楸苗高和生物量最大;在叶片表型方Medical practice面,80%光照处理下干比叶重最大,20%光照处理下最小;随着光照强度的降低,光补偿点和光饱和点逐渐降低,光合速率和水分利用效率也逐渐降低,胞间二氧化碳浓度升高,气孔导度和蒸腾速率先升高后下降;叶绿素含量则随着光照强度的降低而逐渐增加;遮荫处理显著提高了胡桃楸生长素、赤霉素、脱落酸、茉莉酸和油菜素内酯含量;80%光照下碳元素含量最高,氮元素含量随着光照强度的降低逐渐增加,遮荫处理显著提高了钾元素含量;此研究表明遮荫处理能够提高胡桃楸的生长,并且在50%光照处理下生长量最大。(2)对50%光照处理、20%光照处理和对照组进行转录组测序,结果表明,9个c DNA文库共获得81.75 Gb的clean reads,所有样本与参考基因的比对率均达到95%以上;与对照相比,50%光照处理下鉴定到的差异表达基因最多(4298条),20%光照处理下鉴定到4243条差异表达基因,共有251条差异表达基因在三个对比组中均存在;共有470个转录因子在不同遮荫处理下差异表达,其含有基因数量最多的基因家族依次为AP2/ERF、MYB、b HLH、C2C2和MYB-related等;三个对比组KINCB28060细胞培养EGG主要富集在如下通路:淀粉与蔗糖代谢、植物激素信号转导、类胡萝卜素生物合成、植物病原互作、苯丙素生物合成、异黄酮生物合成、半乳糖代谢、次生代谢产物生物合成、ABC转运蛋白以及色氨酸代谢通路等;大量差异表达基因富集到光合作用、植物激素信号转导、叶绿素代谢、类胡萝卜素生物合成和类黄酮生物合成等通路上。(3)不同程度遮荫处理下(50%光照处理、20%光照处理和对照)广泛靶向代谢组学测序结果表明,本研究共检测到1048个代谢物,470个差异代谢物,相较于对照,50%光照和20%光照处理下分别鉴定到268个和331个差异代谢物,有46个差异代谢物在三个对比组中均存在;470个差异代谢物共分为11个类别与其他类,其中数量最多的依次是黄酮、酚酸类、有机酸、氨基酸及其衍生物和脂质等,黄酮类化合物根据二级分类又会分为7个类别,其中数量最多的依次是黄酮醇、黄酮、黄烷醇类、二氢黄酮等;KEGG富集分析结果表明,类黄酮生物合成,精氨酸和脯氨酸代谢,黄酮与黄酮醇生物合成以及果糖和甘露糖代谢通路在三个对比组中富集丰度较高;在类黄酮生物合成通路中共鉴定到9个差异代谢物,其中柚皮素查尔酮、柚皮素、山奈酚、香橙素、槲皮素和二氢杨梅素化合物积累量随遮荫程度增加而逐渐增加。(4)基于胡桃楸已发表基因组共鉴定出57条Jm HD-Zip基因,根据系统发育树分析将其分为HD-ZipⅠ、HD-ZipⅡ、HD-ZipⅢ和HD-ZipⅣ四个亚家族,具有相似基因结构的基因聚在一支上;其中HD-ZipⅡ亚家族成员Jm HDZ43在不同遮荫处理下表现出明显的差异表达,并且表达量较高,通过注射烟草瞬时转化发现Jm HDZ43基因定位在细胞核中;通过农杆菌介导法进行烟草的遗传转化,共获得6个转基因株系,转基因烟草生物量显著高于野生型,Jm HDZ43基因能够调控植物的生长。(5)不同补充照明时长处理下胡桃楸生长与生理指标测定结果表明,处理间所有指标除气孔导度均达差异显著水平;LED补光4 h胡桃楸苗高显著高于其他处理,胡桃楸干重随补光时长的增加而逐渐下降;叶鲜重、叶干重和叶面积均表现为补光4 h>对照>补光8 h;随着补偿照明时间的延长,光补偿点逐渐升高,净光合速率和水分利用效率降低,胞间二氧化碳浓度有所增加,蒸腾速率呈现先降低后升高的趋势;在植物激素方面,补充照明显著提高了赤霉素与脱落酸的含量,补充照明8 h的生长素浓度最低;此研究说明过长的光照时间不利于胡桃楸的生长。(6)不同补充照明时长处理下胡桃楸转录组测序结果表明,9个c DNA文库共获得83.77 Gb clean data,各样本的比对率均达selleck NVP-TNKS656到95%以上;相较于对比组,补光4 h和补光8 h分别鉴定到了5607和4697条差异表达基因,共有262条差异表达基因在三个对比组中均存在;本研究共鉴定到501条差异表达转录因子,含有差异基因最多的家族分别有AP2/ERF、MYB、b HLH和C2C2等;淀粉和蔗糖代谢,类胡萝卜素生物合成,植物MAPK信号通路,苯丙素生物合成,次生代谢物生物合成,ABC转运蛋白,植物-病原菌互作和类黄酮生物合成等通路在三个对比组中的KEGG富集丰度较高;植物激素信号转导与植物昼夜节律通路在三个对比组中均被富集到,并发现了大量差异表达基因,此研究说明过长的照明时间打破了胡桃楸原有的昼夜节律,破坏了其稳态。综上所述,遮荫处理能够显著提高胡桃楸的生长量,说明胡桃楸在苗期具有一定的耐荫性,是林下更新的优选树种,转录组测序分析发现大量基因差异表达响应光环境的变化,说明胡桃楸通过调控其生长、生理和分子机制响应光环境的变化,为林下补植补栽胡桃楸的森林经营方式提供了重要的理论基础。