园艺学进展

《园艺学进展》复习思考题

1.试述园艺产品产期调节的意义。

概念：园艺作物的产期调控是指园艺产品收获期的调节，即利用改变栽培环境、使用化学药剂和（或）采用适当的栽培技术措施改变园艺作物自然生育期，使其开不时之花、结不时之果，生产出比自然产期的产品供应期更长的园艺产品。

促成栽培：产期比自然产期提前的栽培方式。

抑制栽培：产期比自然产期延后的栽培方式。

意义：产期调控的目的在于根据市场或应用的需求按时提供产品，丰富节日或经常的需要，达到周年供应的目标。同时，在产期调控的过程中，由于准确安排栽培程序，可缩短生产周期，加速土地利用周转率；通过产期调控以做到按需供应，可获取较高的市场价格。因此产期调控具有重要的社会和经济意义。

2.试述台湾高接梨的特点。

它是利用品质优良的温带梨树上的花苞,嫁接在本地横山梨的枝条上,使其在横山梨树上开花结果,生产高品质梨果,所以生产高接梨的关键是接穗来源与嫁接管理。

1.接穗品质:接穗品质不仅影响高接梨品质,甚至影响果树生长,因此,台湾很重视采穗圃的建立,要求选取组织充实、芽体饱满、角度较大、节间距适度、没有病虫害等的穗木枝条。

2.嫁接技术:嫁接时期要依据接穗和母树的情况而定,如东势地区采甩的是日本进口接穗,大约在“冬至”前后开始嫁接;而台东地区既无法分配到进口接穗,又要求产期更早,故必须于1月上旬就从梨山采收接穗。由于提早采收的接穗低温感应不足,应经过2~4℃冷藏20天左右处理,以打破芽体休眠期。同时为使横山梨母树养分回流促进芽体活,n月中旬采用春雷等生长素促使母树落叶,落叶处理7~10天后,约1月下旬可行嫁接作业。嫁接作业十分费工夫,要一枝一枝地接花苞,接好还要粘胶带、套小袋。

3.着果率:高接后约26~35天接穗上的花苞可以开花,此时要除去套的小袋,进行人工授粉以提高着果率。花

粉不够时要从日本进口,价格高似黄金。因此要重视树势的维护与调整,如菜取促进低温期树液流动的措施,维护根系活动与叶片发育的措施,注意氮素效应管理等,各地都根据不同气候情况配合维护树势的田间管理,以提高着果率。

3. 试述福建省蔬菜产业的具有哪些特色与优势？

福建省蔬菜产值居农业各类作物之首，是最大宗的农副产品之一，也是全国蔬菜出口大省和冬春蔬菜生产优势区。福建省蔬菜出口较早，从我国改革开放第一批台湾蔬菜基地向大陆转移时即开始，基地技术先进，管理与国际接轨，出口量和出口额均居全国前列。

一、大鹏蔬菜生产优势区

主优势区：冬季大棚种植茄果类蔬菜冻害风险小的区域，包括长乐，福清，，莆田，南靖等大部分低海拔区域；

次优势区：冬季大棚种植茄果类蔬菜冻害有风险的区域，包括闽侯、南平延平区、建瓯、漳平、连城等大部分低海拔区域。

气候优势：福建省年平均温度明显高于全国同期，有利于冬春季大棚蔬菜生产。福建省大棚蔬菜生产优势区冬春季气候温暖，1 月平均气温≥ 10℃，可进行喜温蔬菜露地生产或大棚生产。福建省大棚茄果类蔬菜生产优势区集中上市时间为12月至翌年3月，休耕期为6月下旬至9月上旬，避开了台风登陆期。

市场优势：福建省大棚蔬菜生产优势区也是我国冬春季蔬菜生产优势区，生产的茄果类蔬菜填补了我国南方冬春季市场空白，主要市场在我国东北、西北、华北、长江流域及港澳地区，主要品种有甜椒、辣椒、番茄、西甜瓜、黄瓜、茄子、豇豆、菜豆等。

二、出口蔬菜生产优势区主要分布在福州以南沿海低海拔平原和盆地，包括莆田、泉州、厦门、漳州等 20 多个市（县、区）。

气候优势：该区属南亚热带地区，邻海，气候受海洋水体的影响大，冬季光热资源充足，无霜期300d（天）以上，最冷月均温在 10℃以上，10℃以上年积温＞ 6500℃，年平均温度≥ 19℃，年日照时数 1950～2300h （小时）。

品种优势：该区是福建省引进国外品种最多、最早的地区，出口高效益、给农户带来高收入是现代蔬菜产业发展的根本。出口额较大的有豆类蔬菜、大蒜、胡萝卜及萝卜、姜、大葱、花椰菜、甘蓝、洋葱等。

物流优势：该区地处沿海，临近福州、厦门等国际机场与港口，对东亚北部、欧盟、美国等市场海运、空运交通便捷，对外交流频繁，信息灵通，经济发达。

地理优势：该区地势平坦，土地集中连片，易于推行蔬菜规模化生产和产业化经营；沙质土壤有利于根菜类蔬菜的生产，尤其有利于胡萝卜外观优良品质的形成。

人文优势：该区是台湾农业转移到大陆最早的创业园区，最先引进国外先进的蔬菜生产、加工、管理技术，

当地人民勤劳、能干，有“冬无闲田，村无闲人”的务农优势。

市场优势：该区充分发挥冬季综合资源优势，填补东南亚蔬菜市场的空缺。蔬菜出口额占福建省出口总额90% 以上，主要销往我国香港、台湾及日本、美国、马来西亚、韩国、俄罗斯等地。

三、中、高海拔夏季蔬菜生产优势区主要分布在鹫峰山、戴云山、武夷山、玳帽山等海拔 600m 以上的山区。主优势区：屏南、周宁、宁德蕉城区、古田、闽清、闽侯、永泰、尤溪、大田；次优势区：龙岩新罗区、漳平、上杭、南平延平区、建瓯、政和、武夷山、建宁、泰宁、德化、寿宁、柘荣、福安（图 6）。气候优势：该区温度较低，年平均气温＜ 16℃，全年最热月平均温度 24.0～26.0℃，极端最高温度 37.3℃，极端最低温度 -12.2℃，10℃以上年积温＜ 5750℃，年日照时数＜ 1950h（小时），年降水量 1700～2050mm，无霜期 234～270d（天）。热量资源大部分时间（冬季除外）与北亚热带的安徽南部地区相近，水量在福建省最为丰富。

地理优势：占据我国东南沿海丘陵地域中、高海拔优势，利用夏秋冷凉气候和工业“三废”污染少的优越生态环境进行夏季蔬菜生产；随着高速公路网的不断完善，解决了该地区历史以来难以发展的交通瓶颈问题。

市场优势：该区生产的蔬菜主要在夏季供应福建省中、小城市，广东，浙江，江苏等省，也少量供应我国南方其他各省

3.什么是雾培，试述雾培技术特点？

雾培又称气增或雾气培。它是将营养液压缩成气雾状而直接喷到作物的根系上，根系悬挂于容器的空间内部 .根据根系是否完全浸没在营养液层中，可分为半喷雾培和喷雾培。

1.气雾培让植物根系处于最佳的肥水气条件，使任何植物生长的根域环境得以优化，适合所有植物的栽培

生产，可以实现水生陆生植物的共生栽培，如水稻茭白也可以与蔬果树木共生于同一环境。也就是说根雾技术统一了所有植物的适生环境。

2.只要有空间有光照就可以生产，不受地域土壤制限，也就是说在任何地方都可以构建气雾栽培模式，

3.生长速度是普通土壤耕作的3-5倍，当然是所有植物的平均，特别是一些周期长的作物，随着根系的发展，后期生长为越来越快速，而发育周期短的作物，生长速度倍率提高稍小些，便整体来说，生长速度都有提高的趋势。

4.在清洁的工厂化环境下，实现土壤隔离，温室与外界相通处全部用防虫网覆盖，而且每茬菜收后实行栽培板清洗消毒，规模较大的产业基地，实行一棚一区，一天收一棚栽一棚，进行轮换耕作，种植后基本不进入员，可以做到完全不用农药，达到免农药清洁安全的效果，

5.气雾栽培也是最省水的栽培模式，用水量只需传统耕作的1-5%，实行养液循环利用，对外界也可做到零排放，是可持续的永久耕作模式。

6.气雾培可以结合自动化控制及物联网技术，实现远程监控与管理，而且使环境及生产运行过程参数化精准化，无需传统农耕的经验，人人都可以学习操作，

7.投入省适合资金少的创业人群，听似高大上项目，可立体化垂直空间布局的气雾栽培，使温室的利用率得以数倍的提高，相当于节省土地及设施的投资，

8.用于药用植物栽培，一些根茎为药源的植物可以实行对根茎的多次收割而不影响生长，如鱼腥草。

9.气雾种植的农产品，不管是叶菜瓜果、果树药材、还是香料植物等，因为营养液元素齐全，而且可以按阶段调控，可以充分满足植物生长发育的优化需求，所以在产品上通常外观更好，品质口感更优，营养成份更齐全，芳香味更浓，或者花朵更大更艳。

10.气雾栽培这种模式，可以在失重情况下解决供应肥水问题，所以气雾种植是未来失重太空环境的首选种植模式。

5. 脂类的分析技术主要有哪几种？各自的优势和局限是什么？

1.多维质谱

鸟枪法（Shot-Gun）是 Han XL 基于 ESI 离子源和串联质谱技术开发的创新性脂质组学检测新技术。

优势：该方法不需要样品的前期分离，使用质谱直接进样，大大节省了分析时间因而被广泛使用于脂质组学分析。

鸟枪法格外适用于两种差异情况的初始识别也就是轮廓分析，比如通过细胞外配体或者基因敲除对细胞干预后差异情况的分析等。

局限：然而当下的鸟枪法并不是痕量水平脂质理想的分析方法，它最明显的限制就是对于低丰度的脂质样

品无法实现精确定量。

2.气相色谱 - 质谱联用(GC-MS)

优势：GC 的高灵敏度以及对同分异构体的高分离度使它成为脂质组学分析的重要手段，尤其适用于那些液- 质联用情况下难以离子化的长链脂肪酸类物质。近年来多维气相系统因其高分离度高峰容量被广泛应

用于复杂样品的脂质组学的检测。

局限：由于大部分脂质是不挥发性的，并且在高温下易氧化和异构化，因而限制了 GC 在测定复杂脂质分子中的应用。大多数情况下，如要应用 GC，首先必须对脂质进行衍生化反应，而这将显著性地减少所能获得的脂质分子类型的结构信息，并且样品衍生化过程会耗费额外的时间。

3液相色谱 - 质谱联用(LC-MS)

优势：尽管鸟枪法在复杂混合物中尤其是磷脂的分析方面有许多优点，但是对于等重的物质、离子抑制以及精确的脂质识别则需要一个不同的分析手段。LC-MS 技术可以解决以上的部分问题。尤其是而 LC-MS 技术更适用于精确定量。

局限：不能实现单个化合物之间的完全分离，尤其是磷脂类化合物。

3.1正相色谱 - 质谱联用（NPLC-MS）

优势：NPLC 可以将脂类化合物根据其分子极性差异进行分离。尤其对磷脂来说，NPLC可以实现将不同极性头基磷脂的分离。并且质谱检测器可以用于未分离的同类脂质化合物的检测以弥补正相条件下难以达到组内单个化合物分离的不足。

3.2亲水作用色谱 - 质谱联用（HILIC-MS）

优势：相比 NPLC，HILIC 兼顾了 NPLC 优势的同时还具有流动相简单、分离效率高、与质谱兼容性好等优势，尤为适合于极性化合物的分离。

局限：但是 HILIC 因其与 NPLC 机理的相似性，同样无法完成同一极性头基磷脂的组内分离。

3.3反相色谱 - 质谱联用（RPLC-MS） RPLC-MS 是目前脂质组学中使用最广泛的技术手段。

优势： RPLC 是根据脂类化合物酰基链的长度不同导致的疏水性差异，从而在反相柱上的保留时间不同而顺序流出得以分离。RPLC-MS 可以实现将同一类脂类的不同分子种类进行分离以得到样品更多更详细的信息。

局限： RPLC 分离脂质时，不同种类的脂质色谱峰重叠现象仍有可能较为严重，由于潜在的离子抑制效应低丰度脂质定量可能会造成一定的影响。

3.4二维液相色谱 - 质谱（2D-LC-MS）

优势：可以将 NPLC 与 RPLC 方法串联在一起实现绝大部分脂质的分离，得到脂质组更全面的信息。

局限：过程繁琐，耗时久的缺点。

6.代谢组学研究概述及技术平台介绍。

代谢组学是系统生物学的分支学科之一，主要通过对机体内的代谢物进行全面的定性定量分析，阐述机体处于正常生命状态及内外环境变化后代谢过程的动态反应规律。

代谢组学按照研究目的的不同分为四个层次，即( 1) 代谢物靶标分析( metabolitetarget analysis

) : 对某个或几个特定组分的分析; ( 2) 代谢轮廓( 谱) 分析( metabolic profiling analysis) : 对少数所预设的代谢产物，如某类结构、性质相关的化合物、某代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分的定量分析; ( 3) 代谢组学( metabonomics) : 对限定条件下的特定生物样品中所有代谢组分的定性和定量分析与研究; ( 4) 代谢指纹分析( metabolic fingerprinting analy-sis) : 不分离鉴定具体单一组分，而是对样品进行快速分类 ( 如表型的快速鉴定 ) 。

代谢组学技术平台主要由样品的采集和预处理技术、样品分析技术和数据处理技术三个部分组成。一个

通用的、理想的代谢组学分析平台应具有以下几个特征: ( 1) 能够检出生物样本中尽可能多的代谢物; ( 2)对检出的代谢物能够定量和定性; ( 3) 方法通量高，费用低，样品用量少。

供试生物样品种类的多元化

通常，代谢组学研究的生物样本主要是尿液、血样和植物提取物，也包括一些微生物样本。代谢组学力求对生物体的代谢物进行全谱分析，随着技术的进步，生物样本种类也逐步多元化，例如唾液、脑脊髓液、腹腔积水等。对于诸如器官组织、粪便等固体样品以及机体内的一些气体样本也可实现直接测定。

色谱及其联用技术平台的最新进展

色谱技术具有高分离度和高灵敏度，一直是解决复杂体系分离分析问题的有力工具，但其对分析对象的鉴别能力有限，这一不足可以通过与具有良好定性功能的检测技术联用来弥补。质谱技术普适性高、

灵敏度高以及特异性强，具有优异的定性定量功能。色谱质谱联用技术( 包括 GC /MS、HPLC/MS［18］

、CE/MS 以及多重质谱串联技术等) 是目前代谢组学研究中使用最多的联用技术，极大的提高了分析检测的灵敏度和对未知代谢物的分析鉴别能力。

基于 NMR 技术平台的最新进展

NMR 技术具有无损伤性，样品前处理简单，分析速度快，且对代谢物没有偏向性，适合于液体、固体样品的分析，但 NMR 的灵敏度相对较低。1H NMR 在代谢组学研究中应用最为

广泛，含氢化合物的检测都能适用。

数据处理与分析处理技术的进展

现代分析检测技术采集得到大量代谢产物的信息，在代谢组学研究中，大多数情况下需要研究者对这些信息进行两类( 如基因突变前后的响应) 或多类( 如杂交后各不同表型间代谢产物) 的判别分类。因此，模式识别技术是代谢组学研究中运用的最广泛的数据分析处理技术。

正交信号校正技术( orthogonal signal correc-tion，OSC) 运用最为广泛，该技术能滤掉与类别判断正

交( 不相关) 的变量信息，只保留与类别判断有关的变量，并与偏最小二乘法－显著性分析( partial least square－ discriminant analysis，PLS － DA) 相结合，提高了判别的准确性，取得了良好的效果类似的方法还有正交信号校正－偏最小二乘。此外，基于 NMR 数据分析的相关统计学方法也取得了一些进展，例如，最新发展起来的统计全相关谱( to-tal correlation spectroscopy，STOCSY) 技术是一种基于 NMR 谱图数据的潜在生物标志物的辅助鉴定方法。

多谱学统计( Statistical heterospectroscopy，SHY) 是针对复杂样本的多种谱图数据建立的一种新型统计方法。该方法可以通过信号强度与相关分子质量内在的协方差对复杂样品进行多谱学数据处理，以 NMR 与UPLC － MS 所得数据的整合为例，可以得到多种代谢产物的结构信息和生物学信息，提高了对生物标记物分子的鉴定效率，从而验证了 SHY 统计方法对复杂样品的两种或多种谱学数据分析的可能性。

7.代谢组学在茶树生长发育方面的研究应用。

本文主要简述了代谢组学技术及其在茶叶研究方面的应用: 生长发育、茶树品种及产地溯源、加工过程在线检测、茶类判别分析、茶叶等级及质量评价、茶叶年份与季节预测等。

茶树生长发育的研究

不同的栽培管理，不同的生长发育阶段影响茶树本身理化成分的代谢方式，进而改变茶叶的品质。Ku KM 等利用代谢组学方法研究了遮荫处理下茶树次级代谢产物的变化以及抗氧化活性的能力。Lee等利用H-NM Ｒ和多元分析研究同一品种不同采摘位置茶叶和茎的化学成分，发现随着茶树叶片生长发育，茶氨酸、咖啡碱和没食子酸水平上升，而儿茶素类、葡萄糖和蔗糖水平下降; 茶茎则具有很高的茶氨酸水平和很低的儿茶素类水平，揭示了叶片和茎存在不同的代谢模式，合理利用茶叶和茶茎，可使产品的主要化学成分更加协调合理; 同样，利用代谢组学方法探讨了不同气候条件下茶叶代谢产物的变化。郝亚利基于代谢谱手段分析了不同光质处理对茶鲜叶品质形成的影响，监测不同生育期茶鲜叶样品中的氨基酸、儿茶素、生物碱和黄酮组分及其含量的动态变化。杨亦扬等采用基于H-NMＲ的代谢组学非靶标分析与高效液相色谱法进行的定量靶标分析两种方法，比较白天和夜晚所取不同施氮水平的茶树新梢第 2 叶的代谢产物差异，探讨代谢组学研究方法应用于茶叶品质成分形成机理研究的可行性。由此说明，生长环境、栽培管理方式对植物的生长代谢是有很大影响的。

PPT：

(1)多组学分析，Ku（2010）等利用Le-MS，GC-MS研究了遮荫处理下茶树次级代谢产物的变化，抗氧化活性的能力。Lee（2010）等利用H-NMR对产自不同的绿茶进行代谢组学分析，同时对不同采摘叶位和茎的化学成分，发现随着茶树叶片生长发育，茶氨酸，咖啡碱和没食子醇水平上升，而儿茶素葡萄糖和蔗糖水平下降，茎部则具有很高的茶氨酸水平和很低的儿茶素类水平，揭示了叶片和茎存在不同的代谢模式。合理利用茶叶和茶茎可是产品的主要化学成分更协调合理。

(2)安农郝亚利以“龙井43”茶鲜叶为试材，初步建立了代谢谱分析技术平台中有样品制备，分析检测及数据处理的技术和方法，并通过对不同生育期茶叶的主要品质特征成分（儿茶素、咖啡碱、糖类、氨基酸、挥发性物质）的代谢谱分析，研究这些化学成分在茶叶生长过程中形成和转化规律。

(3)杨亦扬（2013）等采用基于H-NMR的代谢组学非靶标分析与高效液相色谱法进行的定量靶标分析两种方法，比较白天和夜晚所取不同施肥水平的茶树新梢第2叶的代谢产物差异。

(4)Dongle（2017）用氢谱核磁共振和近红外对不同地理分布的90份乌龙茶进行鉴别。

(5)Linzhi（2017）对白、绿、红茶茶汤提取液进行非靶向代谢组学分析，分析白茶加工过程中的各氨基的组分变化。

8.什么是农业产业化？试述无花果产业化方向。

农业产业化（ Agriculture Industrialization）是以市场为导向，以经济效益为中心，以主导产业、产品为重点，优化组合各种生产要素，实行区域化布局、专业化生产、规模化建设、系列化加工、社会化服务、企业化管理，形成种养加工、产供销、贸工农、农工商、农科教一体化经营体系，使农业走上自我发展、自我积累、自我约束、自我调节的良性发展轨道的现代化经营方式和产业组织形式。它的实质上是指对传统农业进行技术改造，推动农业科技进步的过程。这种经营模式从整体上推进传统农业向现代农业的转变，是加速农业现代化的有效途径。

无花果又名天仙果、明目果等，其小花隐生于囊状花托内为隐头花序，故名无花果。可食部分是由花托肥大而成的聚合果，具有广泛的营养价值和药用价值,是一种特殊的果品和天然植物药物。无花果种植虽然分布面广,但集中成片栽种的极少,大多零星分布。近年来无花果的营养价值和药用价值越来越受到重视，因此无花果产业具有非常广阔的发展前景。

无花果产业化方向：

1、扩大种植规模，建立无花果无公害种植基地。无花果的国际市场货源紧缺出口前景广阔，国内消费市场也大增，因此首先要扩大无花果的种植规模，且应根据无花果的生长发育要求按照无公害标准技术规程种植。

2、选用优良品种，生产高质量果品。选择和选育无花果优良品种，进行品种结构调整。根据栽培目的选择优良品种，如以鲜果上市为主的应选用果型大品质好耐贮运的品种；以加工利用为主的应选用大小适中色泽较淡可溶性固形物含量较高的品种。

3、推广保护地栽培技术。在露天栽培时由于受气候条件的影响，如在果实成熟期遇连阴雨，果实易腐烂裂果生产不稳定。若采用保护地栽培能达到高产稳产质优的目的，还可提早上市提高经济效益。

4、加强产后处理及加工设施建设，提高无花果的附加值。为保证无花果果品的商品化、优质化、标准化和规范化，应加强产后处理和分级包装冷藏，才能使无花果走向高档次和远距离销售。

5、加强宣传，发展乡镇企业，实施名牌战略。通过宣传让人们充分认识和了解无花果具有的独特价值，扩大无花果及其加工产品的市场消费量，其次要积极创名牌，推出包装精美、品质优良的即食型优质果，向中高档果品迈进。同时加强冷藏保鲜链的建设，进军国际市场，要走产业化道路，以质量取胜。

9. 李是福建省重要的落叶果树，福建省发展李生产具有哪些优势和存在哪些问题？

福建省主栽品种为芙蓉李，花奈，栽培品种有壕李类、黄甘李、胭脂李、黄脂类等

优势：福建省属于落叶与常绿果树的亚热带地区，这种生态条件下,李的生长良好,能够落叶休眠,产量较高,品质优良。

存在的问题：

李品种间的花粉发芽率差异大且多数品种的发芽率低于40%，可能造成李杂交结实率低，

李树自花结实能力差(或不结实),建园时必须配植授粉树

李树有三怕———怕风、怕涝、怕寒流,果园一定要建在背风向阳、地下水位超过2 m的地方。

李树主要病害为细菌性穿孔病,其次是流胶病、褐腐病和黑红点病、黑星病等。发病主要因素是湿度和温度,二者都适宜时易发病,长期干旱不利于发病。

优势

（1）区域布局逐步优化，品种结构日趋合理。

（2）大力推进标准化生产，果品质量水平显著提高。

（3）福建发展园艺产业区域优势相当明显。福建的海洋性气候与丘陵山地的结合，具有独特的南亚热带向中亚热带过渡型的自然优势，且由于多山具有垂直变化的气候条件，有利于园艺业的发展，形成了独特的地理气候，适宜生产的园艺种类多。

局限

（1）产业链发展极不平衡，制约了果业整体效益的提升。尤其是果品采后商品化处理、贮藏、加工和市场营销等产后环节最为薄弱；采后增值率低，产业整体效益无法充分发挥，严重制约了果业的可持续发展。（2）品种结构仍不合理。

（3）生产组织化程度低。受地理条件、农村经济发展水平及劳动者文化素质等因素的限制，现有果树生产仍以家庭经营为主体，经营规模普遍偏小，生产组织化与专业化分工程度低，小生产与大市场的矛盾越来越突出。

（4）果园基础设施差。福建果业生产起步于短缺经济时期，起点低，投入不足，加上福建地貌以丘陵为主，95%以上的山地果园无灌溉与水土保持基础设施，影响了果品品质的进一步提升与抵御自然灾害能力的提高。

（5）农村劳动力转移与老龄化问题突出。随着社会经济发展，城镇化步伐加快，许多果农进城打工、经商，

放弃果园管理。由于未能及时实施果园流转等工作，失管果园成为病虫害传播的中心，影响了果业的良性发展。同时，从事果业生产的劳动力老龄化问题突出，不利于农业新技术、新成果的推广应用。

10.利用生物技术改造花色有哪些途径？基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程

植物花朵中主要含有三大类色素，即类黄酮( Flavonoids) 、类胡萝卜素 ( Carotenoids) 及生物碱类( Alkaloid )；

反义基因技术

类黄酮或类胡萝卜素等次生代谢产物的积累影响花的颜色, 反义RNA技术能抑制类黄酮或类胡萝卜素等生物合成基因的活性, 导致中间产物的积累变化, 最终影响花色。

外源基因的引入

其基本原理是将新的基因插入到植物中来补充该植物不能合成某种颜色的能力。DFR、F3'H和F3'5'H等基因都是常见的色素合成的结构基因。白色矮牵牛植株中被导入玉米 (Z. mays) 的DFR基因, 最终矮牵牛的花色表现为白色或者红色取决于基因的单拷贝或者多拷贝

核酶 (ribozym) 抑制作用

作为一种具有活性的RNA分子, 核酶特异性地切断RNA后会使编码蛋白无法合成, 另外, 当类黄酮或类胡萝卜素等生物合成基因的表达被核酶抑制技术特异性的抑制时, 导致中间产物的积累变化, 从而改变花卉的颜色

生物合成转录调控因子的引入

共抑制作用是使该内源基因转录产物 (m RNA) 的积累被抑制, 进而使该内源基因的表达被抑制, 最终达到改良花色的目的, 通过正向导入一个 (或几个) 内源基因额外的拷贝是共抑制作用的主要手段

11.简述植物挥发性有机物代谢工程研究的主要方向。

植物挥发性物质的代谢工程

Kossel 等首先将植物的代谢物分为初生代谢物（primary metabolites）和次代谢物（secondary metabolites）初生代谢是维持植物生命活动所必须的化合物，包括纤维素、氨基酸、淀粉、多糖等，而次生代谢则包括大量并非植物生长发育所必需的化合物，例如挥发性萜类、酚类、黄酮类、醌类物质等。代谢工程一般定义为通过对一步或者多步酶学反应过程的改造，在有机体内引入新的代谢产物或者根据需要改变内源代谢物的合成量。自从十九世纪八十年代，一些植物代谢途径的发现和相关合成酶的克隆，植物代谢工程已经取得了重大进展。对植物磷脂类、类碱、黄酮类、萜类化合物的生物合成及其代谢途径调控的研究已经有详细的研究报道，尤其是对一些具有极大的药用价值的植物次生代谢物质。这些化合物通常具有多环结构，异构体种类繁多，通常药用植物的作用为多种组分物质共同产生的结果，因此采用化学合

成方法具有较大的难度，而植物代谢工程的出现为这些问题提供了一个良好的解决途径。虽然植物释放的气味物质有很大不同，人类一般倾向于那些具有“香甜”气味，主要是是蛾类授粉植物。但是大部分的观赏花卉在育种过程中基本没有考虑到其气味因素，所以很多品种已经丧失了其特有的香味。随着一些植物挥发性物质相关的酶基因克隆和植物基因工程技术的发展，采用分子和遗传手段来改变植物挥发性成分和气味组成的研究已经取得一定成果，例如增加或改变花卉等观赏植物的香味，改变蔬菜、水果的风味等。一项由以色列科技部资助的玫瑰基因组计划，正是着眼与此，希望通过遗传和基因工程手段来改良玫瑰品种，引入在培育过程中丢失的“气味”。同时，利用“分子农业”（molecular farming）方法，引入特定的植物驱避气味，来提高经济作物抗虫、抗病能力，也具有广阔的应用前景。

1.引入外源基因

植物次生代谢基因工程的一个策略是，在已有代谢途径的基础上引入受体植物没有的外源基因。采用果实成熟期特异表达的 E8 启动子，将仙女扇 S-芳樟醇合成酶（LIS）基因转入番茄，成熟的果实合成并释放香气明显的 S-芳樟醇和 8-羟基芳樟醇，转基因植株的其他萜类代谢物如番茄红素、β-胡萝卜素和叶黄素等没有发生改变。该结果说明利用挥发性物质代谢工程来改变果实风味是可行的。随后将 Ca MV35S 启动子驱动的 LIS 基因转入康乃馨（Dianthus caryophyllus），转基因植物能够释放 S-芳樟醇及其氧化物，但是表达量很低，整个植株的气味没有发生明显改变。最近，将 LIS 基因转入一种没有明显气味的矮牵牛(Petunia hybrida)植株时发现，虽然 LIS 基因得到表达，但是没有挥发性的气味释放，GC-MS 分析表明产物是以一种不挥发的芳樟醇-β-D- 吡喃型糖苷（linalool-β-D- glucopyranoside）的形式存在。这些结果说明植物挥发性物质的合成不仅仅需要相关的底物和酶，可能存在一系列的后续代谢过程，而且挥发性物质的释放也还有较为复杂的分泌过程，有关气味释放的基因调控机理等还需要进一步的研究。

调控内源基因的表达

代谢基因工程另外一种路线就是调控内源基因的表达，包括对代谢途径的上游或者下游进行调控从而增加目标物质的合成，或通过抑制竞争使用同一底物的其它代谢途径的合成从而增加挥发性物质的生成。

上游调控是指通过转入代谢途径上游的酶来增加前体的量，从而增加目的成分的合成。代谢前体是影响产物生成的主要因素之一，如金鱼草气味成分苯甲酸甲酯的合成就是由其前体苯甲酸的量所控制的

将酵母△9 去饱和酶基因转入番茄（Lycopericon. esculentum）后发现叶片内脂肪酸成分发生变化，从而导致产生以脂肪酸为底物的 1-羟基-2-丁酮、1-戊烯-3-醇、庚醛、3-己烯-1-醇、2-辛醇，(Z)-3-己醛、正己醛、2-壬醛等绿叶挥发物的释放量增大了 3 倍，但是其它一些非脂肪酸代谢产物如 2-乙基-呋喃、丁子香酚等的量也有了较大的增加。向辣薄荷（Mentha piperita）转入萜类代谢途径上游的 DXR 基因，转化植株中挥发油的产量比野生型植株增加了 50％，而精油中单萜的相对含量没有改变。有趣的是一些转基因植株产生叶绿素合成缺陷表型，在这些植株中检测不到 DXR 转录本和酶活性，提示转入的基因与内源

DXR 基因产生了共抑制下游调控指直接引入催化代谢产物合成的酶基因，从而增加产物的合成速率，而并不改变代谢途径中前体的量。将留兰香4S-柠檬烯合成酶基因（4S-LS）转入田野薄荷（M. arvensis）和辣薄荷（M. piperita）植株，两种转基因植物中单萜含量都发生了量的改变，4 株辣薄荷 2 株田野薄荷（M. arvensis）的单萜含量降低，说明由于引入了 4S-LS 分别产生了共抑制和过量表达。脂肪酸过氧化物裂解酶（HPL）是催化以脂肪酸 9-过氧化物为底物的 C9醛类生成的反应的酶，将它的基因转入番茄，在转基因植株叶片和果实中可以检测到较高的 HPL 活性；在果实匀浆中加入该酶底物亚油酸，就

生成大量的挥发性 C9醛类。竞争调控指通过阻断其他相关代谢途径，从而改变代谢物质组成，增加目的产物的合成。苯甲酸和花青素均来自苯丙烷类代谢途径，形成花青素的一个关键酶是黄酮 3-羟化酶（F3H ）。将反义 F3H 序列转入康乃馨 Dianthus caryophyllus，大大减弱了转基因植株中 F3H 基因的表达和酶活性。转基因除了花色发生改变外，还增加了其香味成分。GC-MS 分析表明，转基因植株中甲基苯甲合成量有了增加。

合成酶基因的分子克隆

由于植物精油的经济价值，以往的研究主要集中在这些气味物质的化学结构鉴定、分离提纯和化学合成上。直到 1994 年，Pichersky等鉴定并分离纯化了仙女扇单萜挥发性物质(S)-芳樟醇的合成酶；之后克隆了该合成酶基因。该基因仅在花中表达。接着又鉴定了该植物其它挥发性物质的合成酶基因。近几年植物基因组学的发展使得有关植物次生代谢的研究不再局限于一、两种模式植物。

首次采用表达序列标签（EST）文库搜索结合植物挥发性成分谱，利用 c DNA 芯片分离了一个新的与芳香气味相关的酶：醇酰基转移酶，该酶催化草莓果实挥发性酯类物质的合成。此外，发展较为完善的大肠杆菌、酵母等表达系统为进行植物挥发性物质合成酶的表达和功能分析提供了一个强有力的工具。用这种

表达系统分析了两种释放香气能力完全不同的玫瑰（Rosa hybrida）（它产生香气浓烈的 FC 和气味很淡的 GG）的基因表达差异，并结合产物已确定的次生代谢相关基因，通过大肠杆菌表达和酶活鉴定，发

现了一些挥发性物质合成相关的基因。对于脂肪酸类衍生物，

采用共抑制沉默（co-supression mediated depletion）的方法，证实马铃薯（Solanum tuberosum）

LOXH1 基因编码的脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）催化 C6挥发性醛类的合成。而在拟南芥基因

组全序列中已经发现了 4 个挥发性萜类合成酶基因，分别催化β-罗勒烯、月桂烯和石竹烯的合成，而经过广泛研究的信号分子茉莉酸甲酯合成酶基因也已被分离。这些研究表明，尽管缺乏明显的气味，拟南芥也可作为研究植物挥发性物质代谢调控的模式。

12.试述十三五规划园艺学科优先发展领域及其主要方向。

13.试述花卉弱光胁迫研究进展。

14. 试述果树耐旱生理的研究进展。

果树的形态特征与抗旱性的关系

树体结构

研究发现，株型紧凑的品种较株型松散的品种更抗旱。密集呈金字塔型苹果树的保水能力比疏松分散型的高20.2%，叶片干旱条件下，叶片的适应性变化主要有利于保水和提高水分利用效率。水分亏缺引起的叶片可见症状为叶萎蔫、叶枯死、叶脱落等。其中叶萎蔫有永久性和暂时性之分。通过对叶片组织结构分析提出，组织结构紧密度、气孔形态变化均可作为抗旱性强弱的指标，组织结构紧密率越大，气孔越小且下陷，气孔密度越大，抗旱性越强，水分利用效率越高。这是由于气孔形态变化减少水分蒸发量，使叶片保有更多水分，利于抗旱。此外，叶片厚薄也与抗旱性关系密切。叶片厚，在相同蒸腾表面下，叶肉细胞壁暴露于细胞间隙部分的面积总和大，即进入叶肉的CO2扩散区域和固定区域大，故光合速率高，水分利用率高，抗旱性强。

根

干旱对根的影响是多方面的，包括根在水平或垂直方向的伸展、根长、密度、具有强吸收功能的细根（直径4-55）数量、根冠比、根面积 6 叶面积比、根内水流动的垂直和横向阻力的变化等。根系越发达，分布越深，抗旱性越强.水分胁迫下苹果新根的中柱形状发生了明显的变化，轻度水分胁迫时中柱明显变粗，严重干旱时又变扁，而且凯氏带越来越不明显。水分胁迫时导管比正常供水发达，木质部向心分化速度加快，尤其是长期水分胁迫导管组织变化更明显，其分子直径变大，对水分的传导更为有利，从而提高抗水分胁迫的能力。

叶片

干旱条件下，叶片的适应性变化主要有利于保水和提高水分利用效率。水分亏缺引起的叶片可见症状为叶

萎蔫、叶枯死、叶脱落等。其中叶萎蔫有永久性和暂时性之分。抗旱性强的柑桔在水分胁迫下叶片虽有萎蔫，但无落叶，恢复灌水后，所有叶片都能恢复正常生长；而抗旱性弱的柑桔，不但叶萎蔫，还有落叶，且恢复灌水后，部分萎蔫叶片还有脱落。这是柑桔对水分胁迫的一种适应性反应。通过对叶片组织结构分析提出，组织结构紧密度气孔、形态变化均可作为抗旱性强弱的指标，组织结构紧密率越大，气孔越小且下陷，气孔密度越大，抗旱性越强，水分利用效率越高。这是由于气孔形态变化减少水分蒸发量，使叶片保有更多水分，利于抗旱。此外，叶片厚薄也与抗旱性关系密切。叶片厚，在相同蒸腾表面下，叶肉细胞壁暴露于细胞间隙部分的面积总和大，即进入叶肉的扩散区域和固定区域大，故光合速率高，水分利用率高，抗旱性强。

果树生理生化反应与抗旱性的关系

渗透调节

渗透调节是植物适应干旱逆境的重要生理机制，它是指植物在水分胁迫或盐胁迫下通过细胞内主动积累溶质，降低渗透势，从而降低水势，以保持从外界继续吸水，维持细胞膨压等生理过程正常进行的一种调节作用

渗透调节物质

渗透调节的关键是在干旱条件下细胞内溶质的主动积累和由此导致的细胞渗透势的降低。渗透调节的主要物质有无机离子（如:K+、CL-、Na+、Ca2+、Mg2+等）和有机溶质（如可溶性糖、脯氨酸和甜菜碱等）。

苹果受水分胁迫后，叶中矿质元素含量会发生变化，不同元素对水分胁迫的反应不一致，:K+、Fe2+、Na+、Ca2+、Mn2+在水分胁迫后含量上升，恢复供水后含量不变或下降；而硼、锌受水分胁迫后含量常下降；磷含量基本不变。板栗抗旱性与可溶性糖的变化有关，但在干旱胁迫下葡萄的抗旱性与可溶性糖的积累无直接关系。脯氨酸在干旱条件下大量积累，这已在草莓、葡萄、桃等果树上得到证实，它大量积累的作用

除保持原生质与环境渗透平衡，防止水分散失外，还可能直接影响蛋白质的稳定性。但龚明认为，干旱条件下脯氨酸含量的变化与抗旱性无关。最近有人建议把在低土壤水分下脯氨酸积累的早晚和持续时间的长短作为评价水稻品种抗旱性的指标，在果树上也可借鉴。

渗透调节基因和渗透蛋白

近年来，渗透调节基因工程和渗透蛋白的研究取得了许多进展。现已搞清的渗透调节基因主要有：Kdp基因(KdpABCDE)、Prou基因、ProBAC基因和Bet基因。目前已在微生物上获得了高产脯氨酸的突变体，现正试图用共生菌作为桥梁，完成渗透调节基因向高等植物转移，从而实现高等植物抗旱性和抗盐性的目标。渗透蛋白方面，研究最多的是Omsotin,，即在渗透胁迫或盐胁迫中产生的一种26KD蛋白质。另外，新近发现的水孔蛋白也参与细胞的渗透调节。它们的发现对于研究植物细胞的水分关系及细胞的代谢性吸水都具有重要的意义。

光合作用

水分胁迫通过各种途径影响植株的光合能力，它可分为气孔抑制、非气孔抑制。气孔抑制指水分胁迫使气孔导度下降，进入叶片受阻而使光合速率下降；非气孔抑制指叶肉细胞光合活性下降，叶绿体结构被破坏。气孔抑制

气孔是植物体内水分向外散失和外界进入的关键窗口。一般认为，水分逆境下气孔开度减小，气孔阻力增加，叶内浓度降低，光合下降；同时气孔阻力增加，可减少叶片水分散失，阻碍水分亏缺进一步发展，减轻水分胁迫对光合器官的伤害。对苹果、柑桔的研究结果均表明，轻、中度胁迫时光合速度下降的主要原因是气孔抑制。从外界向叶绿体内羧化部位扩散时，遇到多种阻力，受到各种限制，包括边界层、气孔、细胞间隙、细胞壁、原生质膜、细胞质、叶绿体被膜和叶绿体基质等，气孔抑制是最主要的阻力之一。

非气孔抑制

Wardlaw和Boyer为经受水分胁迫但只略微影响气孔阻力的小麦和向日葵增加供应时发现，供应的增加并不能减轻对光合作用的抑制，因而推测水分胁迫可能引起叶绿体活性的改变。近十多年来通过对果树和其它作物的研究，水分胁迫使叶绿体希尔反应减弱，PSⅡ活力、叶绿素荧光强度及表观量子产额明显降低，电子传递受阻，光合磷酸化解偶联，PEP羧化酶、RUBP羧化酶、果糖1,6-二磷酸酯酶等活性下降。这些变化与叶绿体片层结构受损有关，并已证明，严重水分胁迫下，可观察到叶绿体变形和片层结构受到破坏。在苹果上的研究发现，羧化效率和表观量子效率的下降是导致光合速率降低的主要非气孔因素，且两者伴随发生。另外，在快速水分胁迫下葡萄叶片可变荧光（Fv）很快丧失；而在缓慢水分胁迫过程中，叶片水势在—1.1-1.5Mpa之间基本不变，超过-1.5Mpa则Fv下降，说明水分受控速率和胁迫程度

对葡萄叶片;PSⅡ化学效率影响不同

呼吸作用

果树的呼吸作用常因水分胁迫而减弱，它对胁迫的敏感性一般低于光合作用。缺水条件下，敏感品种较耐旱品种的呼吸强度下降更快，呼吸作用下降的原因可能是某一溶质浓度增加的结果。但也有研究者发现在水分胁迫下呼吸增强的现象

活性氧代谢

许多研究指出，当植物处于各种逆境胁迫时，细胞内自由基产生和清除之间的平衡受到破坏而出现自由基的累积，在细胞缺乏保护机制时，它们可能对细胞结构和功能产生不同伤害。水分胁迫下植物体内主要清除酶类如SOD、POD、CAT主要清除类物质如Vc、谷胱甘肽的含量会明显下降，体内自由基的产生与清除之间的平衡被打破，自由基累积量增加，积累的活性氧可直接攻击膜系统中不饱和脂肪酸，导致膜脂过氧化发生，膜脂过氧化产物MDA增加，膜脂组分发生变化。膜脂组分的变化破坏了膜的结构，使膜的流动性下降，生物膜的结构和功能遭到破坏或损伤，进而引起一系列生理生化功能的改变。且抗旱性强的种类具

有较强抗膜质过氧化能力，MAD含量较低、质膜透性较低，细胞膜伤害较轻。

激素

自从Wright发现干旱使ABA大量积累后，ABA的变化规律和作用日益受到学者的重视。水分胁迫可引起苹果、葡萄、桃等ABA含量增加。ABA的积累能够增加根对水分的透性，促使根中的离子转入木质部，因而有利于根的吸水和离子转运。ABA的积累还可抑制生长，促进脯氨酸累积，促进蔗糖的降解，这些都有利于提高植株的适应性。

水分利用效率

衡量水分消耗与CO2固定能力的关系，常常用水分利用效率表示。在一定的水分胁迫范围内，当叶片气孔导度减小、蒸腾速率下降的同时，净光合速率也随之下降，然而水分利用效率却升高。水分利用效率的提高是果树适应干旱的重要机制。

水分利用效率的概念

植物水分利用效率是指植物蒸腾单位水量与同化的CO2单位数之比值，以CO2(g或mol)或H2O(g或mol)表示。也可用蒸腾效率，即每蒸腾1kg水所形成的干物质克数表示。它可分为瞬时水分利用效率、长期水分利用效率和农田水分利用效率。研究表明，苹果、桃、杏等果树在夏秋两季的瞬时水分利用效率，一天中的变-化均是上午7-8时最高，中午最低，傍晚略回升。秋季同一时间水分利用效率比夏季高。在土壤供水良

好的情况下，各树种叶片水分利用效率的季节变化均呈现夏季低秋季高的趋势。随土壤含水量减少，水分利用效率提高。剪根能显著提高苹果叶片水分利用效率，说明根系对地上部

水分利用效率具有调节作用。

根部信号对地上部水分利用效率的调节

干旱胁迫下根以化学信号的形式向地上部传递土壤水分状况，以使植物本身根据信号做出最优化的自身调整。这种根化学信号即为ABA

谷继成以苹果幼树为材料进行的土壤半干旱处理实验表明，当控制一半根系干旱而另一半根系供水良好时，植株的水分利用效率显著提高，光合速率基本保持不变，植株生长量下降不明显。这主要是由于生长在干旱土壤中的根系产生根信号ABA，通过蒸腾流运输到茎叶，调控气孔开度，减少蒸腾面积，从而更加有效地利用和节约了土壤有效水量。果树是多年生植物，具有根系分布深广的特点，因而在土壤中不同深度根系与土粒接触部位的有效水分含量也存在很大差异。在旱作栽培中，上层土壤常常处于干旱状态，预示着上层根系可产生根信号。节水栽培中，可在果树两侧轮流灌水，使树干两侧土壤交替湿润，始终使一部分根系生长在干旱的土壤中，产生根信号。两者均可充分利用根信号对地上部水分利用率的调控，实现水分利用的最优化。

提高果树水分利用效率的途径

影响水分利用效率的因素很多，如气候因素、土壤水分状况、栽培措施、植物改良与植物育种等。因此，任何提高产量或降低蒸腾量的因素都可提高果树对水分的利用效率。首先，以高水分利用效率为基本依据选育抗旱品种，这在当前育种中存在很大潜力。其次，在果树上喷布保水剂使叶片上均匀成膜并保留一

定的空隙，使果树在生长发育过程中既能进行正常的生理呼吸，又不使水分过分蒸发。使用抗蒸腾剂，可抑制蒸腾作用，提高气孔阻力和叶片水势，从而提高水分利用效率。第三，推广应用节水技术，把草集中在树冠下，厚度一般为15-20CM可减少果园地面蒸发和地温升高，提高土壤含水量。目前，由于干旱日趋严重以及水资源匮乏，研究果树的水分利用效率，应与研究果树的御旱和耐旱机制同步进行，使果树旱作和节水栽培相结合，为果树抗旱节水品种的选育提供理论依据，为水资源的高效利用开辟新的途径。