優(yōu)質(zhì)速生林木品種木材形成的分子調(diào)控機理

本項目以重要造林樹種為材料，運用分子遺傳學、基因組學等技術(shù)，對木本植物維管形成層發(fā)育和木材形成的機制、關(guān)鍵調(diào)控基因進行了深入研究。主要研究內(nèi)容如下：1.通過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。利用該技術(shù)獲取南林95楊休眠期和生長期形成層細胞，通過基因芯片技術(shù)分析了楊樹形成層基因調(diào)控網(wǎng)絡?？寺×藯顦銹eWOX4基因，該基因在分生組織維持和木質(zhì)部細胞形成中發(fā)揮作用。2.通過轉(zhuǎn)錄組和差異蛋白組學技術(shù)研究杉木形成層活動機制，建立了杉木生長期形成層基因信息庫。分離并鑒定出杉木形成層活動（啟動期、活躍期、轉(zhuǎn)化期和休眠期）過程的差異蛋白132個，得到杉木形成層活動相關(guān)基因和信號分子。3.通過轉(zhuǎn)錄組序列信息進行功能基因克隆，獲得了杉木形成層活動和木材形成相關(guān)功能基因，并進行了功能驗證。利用差減文庫、cDNA-AFLP和形成層轉(zhuǎn)錄組基因信息庫，克隆了與分枝(ClPAE、ClRAB11C、ClRNaseⅢ、ClDELLA) 、生長素信號傳導 (ClAUX1、ClLAX3、ClPIN)、形成層活動（ClWOX1、ClWOX4、CLE）、細胞生長與細胞壁活動（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)化試驗證明這些基因在杉木木材形成和形成層活動中具有調(diào)控作用。4.通過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胞基因調(diào)控網(wǎng)絡新的調(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胞調(diào)控中發(fā)揮作用。在雜交鵝掌楸進行干細胞調(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行了功能驗證。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)控機理。發(fā)現(xiàn)并證明了WOX/CLE調(diào)控在木本植物形成層活動和木材形成中的重要作用。同時也發(fā)掘了大批林木木材形成和形成層活動的功能基因，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)功能的應用提供了基礎(chǔ)保障。項目執(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；共申請國家發(fā)明專利5項，其中獲得授權(quán)2項。 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，綜合運用細胞生物學、基因組學、分子生物學，正反向遺傳學等現(xiàn)代實驗技術(shù)手段，從建立維管形成層發(fā)育和分化的細胞和分子生物學時空動態(tài)精細模式入手，解決木材形成的細胞和分子生物學機理的研究試驗技術(shù)瓶頸；通過WUS和CLV研究的差異表達研究研究楊樹和杉木形成層發(fā)育的干細胞調(diào)控機理；研究木材早期發(fā)育的激素類信號因子AUX/IAA基因，GAs類，油菜素內(nèi)脂基因BRs家族等激素信號分子的調(diào)控機制，揭示木質(zhì)部早期分化的調(diào)控網(wǎng)絡；從Expansins基因家族EXP1和EXP2 ，XET，揭示未成熟木質(zhì)部細胞壁腔體積擴展對木質(zhì)部次生生長過程中生物質(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行遺傳轉(zhuǎn)化，進行木材生物質(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的有：泓森槐、速生楊、速生桉（霸王樹）、等等。

目前在這些品種當中，泓森槐是最優(yōu)質(zhì)的速生林用材樹種，木質(zhì)硬，適宜做實木家具和木地板。由于泓森槐有耐干旱、耐貧瘠的特點、改良土壤的特點，不僅可以治理南方荒山的問題，還可以解決北方楊樹單一帶來一些問題。

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)師生學習和參考。

酚類物質(zhì)是木材快速熱裂解液化生物油中極具應用價值的一類產(chǎn)物。然而，到目前為止，木材快速熱裂解液化酚類物質(zhì)的形成機制還不夠清晰，對其產(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。本項目擬采用木材主要組分模型物和生物油中標準酚類物質(zhì)作為比照對象的對比研究及產(chǎn)物在線檢測分析的綜合研究方法，探索木材快速熱裂解過程中氣態(tài)酚類物質(zhì)及熱裂解氣冷凝過程中液態(tài)酚類物質(zhì)的形成機制，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、熱裂解反應條件及冷凝條件對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制，確定木材快速熱裂解液化過程中酚類物質(zhì)產(chǎn)率的調(diào)控方案。本項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指導，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)。