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薄壳山核桃[Carya illinoensis(Wangech.)K.Koch]果实具有出油率高、抗氧化性强等特征。近年来薄壳山核桃作为一种新兴高档干果,在我国发展迅速,种植面积快速增加。对果实品质形成过程中营养物质的动态变化进行分析,明确关键代谢物的积累过程,是开展薄壳山核桃研究及品质育种的基础。本研究以薄壳山核桃优良品种波尼为主要试材,对果实品质形成期,即果实发育中期至后期进行动态取样,并对品质相关关键表型指标进行测定,综合应用生理生化分析、气相色谱-质谱联用法、气相色谱法和液相色谱-质谱联用法测定代谢物含量,应用转录组学手段挖掘相关基因的转录变化,并对关键基因进行克隆和表达分析。主要研究结果如下:1.以薄壳山核桃波尼为试材,研究果实品质形成期表型性状和营养物质含量的变化。结果表明,花后105～155 d果实外部及内部形态均发生迅速变化,花后145～155 d鲜果质量、坚果质量、鲜果纵径、坚果纵径、鲜果横径、坚果果形指数、种仁质量、出仁率和坚果壳厚均达到稳定值。薄壳山核桃种仁的脂肪含量呈现先上升后趋于稳定的趋势,可溶性糖、蛋白质、纤维素、含水量均呈下降的趋势,钙、镁、锰、铁、铜、锌和硒含量在95～125 d快速下降。花后95～145 d是薄壳山核桃营养物质变化最明显的阶段。2.采用气质联用法分析薄壳山核桃波尼种仁中的油脂成份,共鉴定出14个代谢物,即脂肪酸4个,包括棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸,甘油酯4个,包括2-单棕榈酰甘油酯、1-单棕榈酰甘油酯、2-单硬脂酰甘油酯和1-单硬脂酰甘油酯,甾醇2个,包括β-谷甾醇和3.β-Gorgost-5-en-3-ol。此外还有β-L-半乳糖、蔗糖、角鲨烯和γ-生育酚。采用气相色谱法对波尼种仁中脂肪酸含量进行测定,共检测出25种脂肪酸,其中含量最高的5种脂肪酸依次为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸。油酸含量在125 d样品中最高,占77.80%。果实发育中期脂肪酸种类多,后期种类减少。采用高效液相色谱法测定波尼、斯图尔特、威奇塔、金华和绍兴5个品种种仁中的生育酚,结果显示,各品种中3种生育酚的含量均在果实发育中期较高,后期显著下降。γ-生育酚的含量最高,α-生育酚的含量最低。3.采用超高效液相色谱-串联飞行时间质谱(UPLC-Q/TOF-MS)分析薄壳山核桃波尼种仁中的酚类物质,共鉴定出40个酚类代谢物,其中1个为首次从山核桃属(Carya Nutt)中鉴定,6个为首次从薄壳山核桃中鉴定,1个为首次从薄壳山核桃种仁中鉴定。8个新鉴定出的酚类物质包括酚酸4个,鞣花单宁4个。分析了波尼、斯图尔特、威奇塔、金华和绍兴5个薄壳山核桃品种10个发育时期样品。结果表明,总酚含量、缩合单宁、总黄酮含量、5种主要酚酸和抗氧化性随坚果发育的动态变化规律类似,均为在水期或乳期含量最高,乳期或硬核期最低,在种仁成熟期略有上升或趋于平缓。总酚含量、缩合单宁、总黄酮含量和酚酸均与抗氧化性极显著正相关,尤其是儿茶素、表儿茶素和总酚含量。4.选择115 d、135 d、145 d和165 d四个发育时期波尼种仁样品进行转录组分析,并用qRT-PCR验证。4个文库共鉴定出73,262个unigene。注释得到507个油脂代谢相关unigene,进一步筛选得到93个与脂肪酸从头合成至TAG相关的unigene,编码29个酶基因。通过与脂肪酸变化关联分析认为,在薄壳山核桃种仁中高油酸比例形成过程中发挥主要作用的为SAD基因和FAD2基因,ACCase基因和GPAT基因在薄壳山核桃油脂代谢中也较活跃。注释得到164个酚类代谢相关unigene,进一步筛选得到25个与酚类物质从头合成至原花青素相关的unigene,编码的9个酶基因。其中,DFR、F3H、CHS、ANS、ANR基因的表达量较高,可能在薄壳山核桃种仁酚类代谢中发挥重要作用。5.以波尼115 d和135 d种仁混合样品为材料,通过RT-PCR扩增、克隆、测序后,获得了油脂代谢通路相关CiSAD、CiFAD2、CiGPAT基因和酚类代谢通路相关CiDFR、CiLAR、CiANR基因的序列,并进行了生物信息学分析。CiSAD基因长1240 bp,包含1194 bp的完整开放阅读框(ORF),编码397个氨基酸;CiFAD2基因长1329 bp,包含1155 bp的ORF,编码384个氨基酸;CiGPAT基因长度为1671 bp,包含1626 bp的ORF,编码541个氨基酸;CiDFR基因长1148 bp,包含1020 bp的ORF,编码339个氨基酸;CiLAR基因长1390 bp,包含1050bp的ORF,编码349个氨基酸;CiANR基因长度为1104 bp,包含1014 bp的ORF,编码337个氨基酸。所克隆的几个基因编码的蛋白均具有相应的结构域,表明这几个基因编码的蛋白在生物体内应具有相应功能。荧光定量PCR检测结果显示,CiDFR与CiANR基因在95～105 d样品中表达量较高,之后快速下降至较低值,CiLAR基因在95 d表达量较高,之后快速降低,在155 d样品中表达量又升高至最高点。CiDFR与CiANR基因表达量与酚类代谢物含量变化相关性较强,而CiLAR基因相关性较弱。