油茶（Camellia oleifera Abel.）是我国南方重要木本食用油料树种,茶油是最优质的食用植物油,发展油茶产业对保障我国粮油安全及山区产业扶贫具有重大意义。油茶是一种自交不亲和性植物,于秋冬季开花,花期经常遭遇连续低温阴冷天气,引起座果率低、产量下降,严重制约了我国油茶产业的健康发展。因此,研究油茶的抗寒机理、寻求冷冻害防治的有效方法,已成为油茶科学研究的重大课题。目前,国内外关于油茶抗寒性研究主要集中在低温对油茶开花授粉的影响、幼苗抗寒生理响应及品种抗寒性评价等方面,但由于对油茶花期抗寒生理机理研究不够深入,缺乏系统的理论指导,使得油茶花期冷冻害防御技术仍悬而未决。本文以湖南广泛推广的“三华”油茶晚花品种‘华硕’和早花品种‘华鑫’4年生矮化植株为研究对象,通过花期表型观测、生理生化测定、转录组分析及靶向代谢等方面比较了2个品种油茶叶和花对低温的响应,系统地探究低温对油茶开花结实的影响及从生理及分子水平上探究油茶低温适应机理,旨在为油茶品种推广、筛选油茶抗寒关键候选基因以辅助抗性育种提供理论基础,为油茶丰产栽培技术提供借鉴。本研究的主要内容及结果如下:1.两个油茶品种在不同温度下的表型生理观测。以油茶‘华硕’和‘华鑫’4年生盆栽植株为试材,比较人工气候室模拟低温（6℃）和常温（25℃）以及自然条件下2个油茶品种的花期、花粉活力、座果率、果实生长情况及叶片解剖结构的变化,结果表明:与常温相比,低温下2个油茶品种开花推迟,花期延长,花粉活力降低,部分花苞处于“休眠”状态;低温下2个品种叶片厚度增加,叶绿素含量减少,气孔关闭,且叶绿体超微结构受到了一定破坏,叶片解剖结构的观察在一定程度上反映了‘华硕’的抗寒能力大于‘华鑫’;常温下2个油茶品种的座果率提高,且幼果无休眠期,座果后迅速生长膨大,因此温度是引起油茶幼果休眠的主要环境因子。此外,2个油茶品种在长时间低温胁迫下花基部出现蜜状粘性物质,这是油茶对低温胁迫特有的一种生理响应。2.低温对两个油茶品种叶片生理特性的影响。以2个油茶品种4年生盆栽植株花期叶片为试材,以常温（25℃）为对照,研究低温（6℃）对2个油茶品种叶片的光合作用、叶绿素荧光参数、Ru BP羧化酶活性、抗氧化酶活性、激素含量的影响。结果表明:和对照相比,低温下2个油茶品种的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、Ru BP羧化酶活性、电子传递速率（ETR）、最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学量子效率(ФPSII)和光化学淬灭系数（q P）在低温胁迫下降低,而初始荧光（Fo）、超氧化物歧化酶（SOD）活性、蔗糖合成酶活性和生长素（IAA）含量均升高;随着低温胁迫时间的延长,过氧化氢酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）活性、水杨酸（SA）含量及油菜素内酯（BR）含量先降低后增加,而乙烯含量和过氧化物酶（POD）先增加后降低。2个油茶品种在低温胁迫下光合效率降低主要是由气孔因素引起;油茶叶片中抗氧化酶活性随胁迫时间不同处于动态变化;2个油茶品种在长时间低温下抗寒性均有一定的增强,且‘华鑫’叶片对低温比‘华硕’更敏感。3.油茶叶片低温响应的转录组分析。为了研究油茶叶片冷驯化分子机理,以3个温度条件下（低温6℃、常温25℃和自然条件）处理第25天的‘华鑫’叶片为材料,利用Illumina NGS技术进行转录组测序。建立9个c DNA测序文库,获得了58.31Gb Clean reads,平均每个样品5.92Gb,组装后共获得191,150个转录本,其中产生单基因100,703个,注释的单基因有44,610个。共鉴定1,564个差异表达基因（DEGs）,通过GO和KEGG富集途径分析,结合生理研究揭示了一组与激素调节、光合作用、膜系统和渗透调节有关的冷响应基因,这些基因编码许多关键蛋白,如蛋白激酶、转录因子、脂肪酸去饱和酶、脂质转移酶、糖代谢酶和类黄酮生物合成酶等。荧光定量PCR技术（q RT-PCR）检测12个关键候选DEGs的相对表达量,其结果与RNA-seq趋势相似。油茶叶片转录组分析筛选的抗寒关键候选基因为油茶抗寒性分子育种奠定基础。4.两个油茶品种花低温胁迫响应分子机理研究。油茶在长时间低温胁迫下花的基部出现蜜状粘性物质,为了探究此蜜状物质产生的分子机理,以2个油茶品种待开花苞为试材,利用超高效液相色谱串联质谱（UPLC-MS/MS）和Illumina NGS技术对不同时间（第1 d、7 d和25 d）低温处理的花苞进行靶向代谢组学和转录组学分析,比较低温胁迫不同时期以及2个品种花苞中糖和激素的含量变化及基因表达差异,探究油茶花对低温胁迫响应的调控机制,为油茶花期冷害防御提供科学依据。主要研究结果及结论如下:1)低温诱导油茶花苞中不断积累D-果糖、D-半乳糖、葡萄糖和蔗糖4种糖,且它们后期积累速度加快;‘华鑫’花苞中4种糖含量均高于‘华硕’,表明‘华鑫’花苞对低温耐受性强;短时间低温胁迫诱导生长素合成,长时间低温胁迫诱导花苞中ABA和SA的积累,且两个品种花苞在低温胁迫下激素响应存在差异。2)转录组测序共获得197.74 Gb Clean reads,各样本达8.24Gb,Q30≥93%,组装后获得319,549个转录本,其中产生234,040条Unigene,N50长度为778 bp。3)油茶花苞在转录水平的变化与低温胁迫时间有关,短时间低温胁迫诱导的DEGs主要有早期生长素响应基因、抗氧化酶基因以及黄酮类代谢相关基因表达;长时间低温胁迫主要诱导蛋白激酶基因、糖积累相关的代谢酶和转运蛋白基因表达。因此,低温胁迫早期花苞主要通过提高抗氧化酶活性及积累黄酮类物质来响应低温,而低温胁迫后期主要通过糖积累来响应低温。4)两个油茶品种的花苞冷胁迫25 d时大多数DEGs表达上调,这些DEGs主要涉及信号转导、糖代谢和糖转运,且糖类相关基因的表达趋势与糖含量的动态变化密切相关,表明两个品种花苞对低温的响应差异是由多个基因调控的糖积累不同所引起,这与表型观察发现低温下‘华鑫’提前开放且后期花基部先出现蜜状粘性物质一致。5)转录组分析鉴定了油茶花苞冷驯化关键候选基因,主要包括苯丙氨酸解氨酶基因（PAL）、谷胱甘肽S-转移酶基因（GST）和过氧化物酶基因（POD）;黄酮类代谢相关基因主要有ANS、F3’H和CHS,其在油茶花苞冷驯化早期表达差异显著;糖代谢相关基因主要有β-葡萄糖苷酶基因（Bglu）、β-半乳糖苷酶基因（GLB）、β-淀粉酶基因（BAMY）、己糖激酶基因（HXK）、蔗糖转运蛋白基因（SUT）等,它们在油茶花苞冷驯化后期表达差异显著。采用q RT-PCR方法检测12个关键候选DEGs相对表达量,其结果与RNA-seq测序结果基本相符。