柑橘叶片光合效率与经济水分利用的杂交种、品种及叶型依赖性研究

这篇研究揭示了柑橘叶片光合作用（Pn）与水分利用效率（WUE）受杂交种（OP/NT）、品种（如'Orah'/'Tarocco'）及叶型（春梢/夏梢/秋梢）的显著影响，通过CO2/H2O气体交换与转录组分析，发现春梢叶片中细胞壁合成相关基因上调，而晚熟品种'Orah'的光合-蒸腾相关基因表达更活跃，为柑橘品种选育提供了分子生理学依据。

　　

引言

柑橘作为全球重要的经济作物，其光合效率与经济水分利用是产量与品质的关键决定因素。研究聚焦两个杂交种（OP/NT）及其四个品种（'Orah'、'Ponkan'、'Newhall navel orange'、'Tarocco'），探究不同叶型（春梢、夏梢、秋梢及当年生春梢）对光合与水分利用的调控机制，结合生理测量与转录组学，揭示其分子基础。

材料与方法

实验在中国农业科学院柑橘研究所进行，选用10年生嫁接于枳壳砧木的柑橘树。通过便携式光合仪（Li-6800）测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）等参数，并计算内在（WUEi）与瞬时水分利用效率（WUEinst）。转录组测序采用纳米孔技术，差异基因（DEGs）分析聚焦光合电子传递、碳固定及气孔运动相关通路。

结果

杂交种与品种差异

杂交种NT（'Newhall'/'Tarocco'）的夏梢Pn与Gs显著高于OP（'Orah'/'Ponkan'），而OP的WUEinst更高。晚熟品种'Orah'在春梢中光合相关基因（如光受体基因Cs3g01120、PsbP蛋白基因Cs7g28620）表达显著上调，但差异与果实成熟期无直接关联。

叶型特异性

当年生春梢叶片因发育初期活性低，Pn显著低于成熟春梢；而夏梢因叶龄适中，Pn最高。转录组显示，当年生春梢中脂质代谢、细胞壁合成基因（如纤维素合酶基因）显著富集，而成熟叶片中衰老相关基因（如MAPKKK18）表达增强。

关键基因与通路

光合相关基因（如Lhcb1、rbcS）在春梢中高表达，而水分胁迫响应基因（如TIP2-1、PIP2-1）在品种间差异显著。晚熟品种'Orah'特有的光信号通路基因（如COP1互作蛋白）可能通过调控气孔开闭优化WUE。

讨论

研究首次系统解析了柑橘光合与水分利用的杂交种-品种-叶型三级调控网络。杂交种NT的高Pn与低WUEinst反映其“高耗水-高产出”策略，而OP则偏向节水型。叶型差异主要由发育阶段驱动，当年生春梢的活跃代谢为后续光合储备奠定基础。分子层面，光响应与气孔调控基因（如GATA7、CIP7）的品种特异性表达，为定向育种提供了靶点。

结论

柑橘光合与水分利用效率受遗传（杂交种/品种）与发育（叶型）双重调控，且分子机制独立于果实成熟期。当年生春梢的代谢重构与晚熟品种的光合基因优势表达，为高光效、节水型柑橘品种选育提供了理论依据。未来需结合季节动态与逆境响应，进一步验证候选基因功能。