辽东冷杉的光能和水分利用效率及其种源遗传变异规律研究的任务书.docx

辽东冷杉的光能和水分利用效率及其种源遗传变异规律研究的任务书
任务书
主题：辽东冷杉的光能和水分利用效率及其种源遗传变异规律研究
背景
随着全球气候变化的加剧和人类经济活动的不断增长，全球生态系统遭受重创。以树木为代表的生物群落是全球生态系统中最具代表性的组成部分之一。其中，冷杉科是北半球温带和寒带最为重要的森林树种之一，广泛分布于南北半球的温带和寒带。辽东冷杉作为一种生长速度较快，适应性强的树种，在我国北方地区有着广泛的分布。然而，由于气候和环境的变化，辽东冷杉生长环境已经发生了诸多变化，直接影响了其生长发育和生态系统的稳定性。冷杉科树种较为灵敏地响应外界环境的变化，其光能和水分利用效率及其种源遗传变异规律成为了现代林业学研究的重要内容，具有非常重要的实际价值。
任务
本研究旨在探究辽东冷杉的光能和水分利用效率及其种源遗传变异规律，为实现我国北方地区森林生态系统的可持续发展提供科学依据。具体任务如下：
一、开展辽东冷杉的光能和水分利用效率测定研究
根据不同的处理组织样品，通过光合色素荧光参数、气体交换测定和连续生长实验等方法，分析辽东冷杉的光能和水分利用效率特点及变异规律。研究过程中需要注意的是，要选择相对都比较健康和成熟的植株，保证实验结果的真实性。
二、探究辽东冷杉种源遗传变异特点
在确定适合的基因分型方法的基础上，采用随机扩增多态性DNA分子标记技术，对辽东冷杉不同种源进行亲本间和亲代间的遗传相似性分析。并通过对谱系构建和主成分分析建立不同种源辽东冷杉生物量和粗材产量的较优组配和种源。
三、探究与辽东冷杉光能和水分利用效率相关的基因和信号通路
通过高通量RNA测序技术（RNA-seq），鉴定辽东冷杉与其光合和水分利用效率相关的基因和通路。对基因表达水平进行系统分析和注释，以期寻找具有反应辽东冷杉光合和水分利用效率的关键基因和通路。
四、总结和提出建议
总结研究成果和结果，分析种源遗传变异规律和光能、水分利用的特点。基于研究结论，提出相应的管理策略和放牧模式的调整，提高辽东冷杉种质资源利用效率和森林生态系统的稳定性。
实施方案
1.实验材料
本研究所用材料为长期研究的辽东冷杉生态试验区的辽宁盘锦林场，其中罗东、铁岭等地具有代表性的多个种源均被纳入到试验中。
2.实验设计
（1）光能和水分利用效率的测定
随机取5～6个健康、成熟的植株作为重复，采用光合色素荧光、气体交换测定、连续生长实验等方法确定测定参数，分析辽东冷杉的光能和水分利用效率特点及变异规律。
（2）种源遗传变异研究
选取6个代表性种源，通过采集这些辽东冷杉种子，进行基因分型和主要农艺性状调查、种间互杂性检测等，建立较优组配和种源。
（3）与光能和水分利用效率相关基因和通路的研究
通过高通量RNA测序技术（RNA-seq），鉴定辽东冷杉与其光合和水分利用效率相关的基因和通路。对基因表达水平进行系统分析和注释，以期寻找具有反应辽东冷杉光合和水分利用效率的关键基因和通路。
3.实验方法
（1）光合色素荧光参数测定
采用JY-2型的便携式气体交换相机结合FluorCAM型的光度计进行测定。
（2）气体交换测定
依靠波尔图斯型CO2测量系统和带光源的气体交换系统定期进行。
（3）连续生长实验
通过在不同光照和水分条件下连续培养48天，记录和分析辽东冷杉的生长状态和差异。
（4）基因分型实验
通过DNA提取和PCR扩增以及电泳分离方法，检测不同种源之间的PCR产物遗传多样性。
（5）高通量RNA测序实验
采用IlluminaHiSeq2000改进的技术进行RNA测序，获得组行长度为100bp的单端序列，进一步分析可能的基因-表型的推断与功能组分析。
4.研究成果
本项研究预计可以获得以下成果：
1）探究辽东冷杉的光能和水分利用效率及其种源遗传变异规律，为该树种森林生态系统的划分和科学管理提供依据。
2）研究与辽东冷杉光能和水分利用效率相关的基因和通路，提供重要的生物信息学基础。
3）提出辽东冷杉种质资源利用效率的管理策略和放牧模式的调整，以此来增加森林生态系统的稳定性和能力。
参考文献
ChenG,ZhangL,WangH,etal.InteractiveEffectsofDroughtandNDepositiononGasExchange,BiomassandNitrogenResponsesofTwoLeguminousSpeciesLivingSymbioticallyorNon-symbioticallywithRhizobia[J].JournalofPlantGrowthRegulation,2013,32(4):851-863.
HajihassaniS,BazrafshanF,ShayestehfarM,etal.Correlationbetweenwat