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花生是重要的油料作物之一，是一种少见的地上开花、地下结实的特殊物种，其生长发育过程具有一些特殊的生理现象。花生开花受精以后，子房基部向下伸长形成子房柄，子房位于子房柄的尖端，合称为果针。正常果针的生长具有向地性，果针入土后子房才能膨大发育成正常的荚果。一些不能正常入土的果针统称为气生果针。气生果针通常占整个植株果针的40％左右，通常不能正常发育成荚果。其原因尚未清楚，国内外也鲜有报道。针对这一问题，本研究采用石蜡切片、高效液相色谱、蛋白质组学和基因芯片等方法和技术，通过比较气生果针和正常果针在不同发育天数的细胞形态结构、内源激素、蛋白质和基因表达等方面的差异，从多个层次研究花生气生果针不结实的可能原因，并从中筛选和鉴定出与花生气生果针不结实相关的蛋白质和基因，为下一步揭示花生气生果针不结实的分子机理、克服气生果针不育障碍、培育高产花生品种打下基础。 研究结果表明： 1、果针发育形态学观察显示：正常果针在入土后第3天，其尖端膨大成小鸡头状，并最终发育形成荚果，而气生果针则一直不膨大，呈绿色，而且其表面木质化的程度较高； 2、果针细胞结构观察显示：花生果针是一种特殊的生殖器官，呈针尖状，受精后的子房位于果针尖端3～5mm处，包被于表皮细胞和居间分生组织中；果针的结构与茎相似，维管束围绕排列于皮层细胞和中心细胞髓之间； 3、采用石蜡切片方法，比较气生果针和正常果针在不同发育天数的细胞结构差异，结果显示：在气生果针的发育过程中，子房室和胚囊的空间大小基本不变，珠被组织的体积和细胞数量大量增加；胚细胞停止分裂生长，胚体积和形状基本不变；至标记后第6天胚的体积显著萎缩减小，胚细胞大量消失，只剩下少数几个胚柄细胞，最终导致胚败育。而在正常果针的发育过程中，子房室和胚囊的体积和空间大小都显著增加，特别是入土后第3天增加程度最大；胚细胞进行大量分裂分化增殖，导致胚的体积显著增加、形状显著改变。因此，气生果针不结实的主要原因是受精胚在果针伸长的过程中逐渐萎缩退化，呈现败育现象； 4、采用HPLC的方法，比较气生果针和正常果针在不同发育天数GA3、IAA、ABA和CTK等四种内源激素的差异，结果显示：与正常果针相比，气生果针在标记后第2.8天的内源GA3含量低于正常果针，相反，在标记后第1、12、16和20天气生果针内源GA3含量高于正常果针；在标记后第12-20天，气生果针的内源IAA含量是正常果针的5-6倍，而在标记后第1、2、4和8天，气生果针与正常果针的内源IAA含量相似；在标记后第1-20天，气生果针与正常果针内源ABA的含量变化趋势基本相似，且差异不明显；在标记后第1-12天气生果针的内源CTK含量低于正常果针。这一结果初步表明内源GA3、ABA和CTK似乎与气生果针败育的关系不明显，可能主要与内源IAA相关； 5、采用蛋白质组学方法，比较气生果针和正常果针在不同发育天数的蛋白质表达谱差异，结果显示：与正常果针相比较，在标记后第2天，共有118个蛋白点差异性表达，其中特异、上调、下调表达蛋白点分别为4个、68个和46个；在标记后第4天，共有120个蛋白点差异性表达，其中特异、上调、下调表达蛋白点分别为5个、72个和43个；在标记后第8天，共有120个蛋白点差异性表达，其中特异、上调、下调表达蛋白点分别为7个、90个和23个；在标记后第12天，共有96个蛋白点差异性表达，其中特异、上调、下调表达蛋白点分别为8个、53个和35个；在标记后第16天，共有86个蛋白点差异性表达，其中特异、上调、下调表达蛋白点分别为8个、46个和32个；在标记后第20天，共有81个蛋白点差异性表达，其中特异、上调、下调表达蛋白点分别为9个、51个和21个。选择其中显著性差异表达明显的49个进行质谱鉴定和功能注释，这些差异蛋白可分为12类，主要包括参与光合作用(如光合系统Ⅱ叶绿素a/b结合蛋白、二磷酸核酮糖羧化酶激活酶、质体蓝素、放氧提高蛋白)、氧化胁迫反应(如抗坏血酸过氧化物酶)、木质素合成(如肉桂醇脱氢酶、咖啡酸甲基转移酶)、脂肪酸合成(如硬脂酰酰基载体蛋白去饱和酶)、糖代谢(如磷酸丙糖异构酶、果糖二磷酸醛缩酶、酸性内切壳多糖酶)、蛋白质代谢(如肽基脯氨酰顺反异构酶、多聚泛素1、泛素载体蛋白、苏氨酸内肽酶、蛋白酶体α亚基B7)、细胞代谢(如甲基转移酶、酸性磷酸酶)、硫胺素合成(如硫胺素/维生素B1生物合成酶)以及其他调控过程(如胰蛋白酶抑制子、翻译起始因子5A2、逆转录多聚蛋白)。 6.采用高密度花生基因表达谱芯片杂交技术，比较气生果针和正常果针在不同发育天数的基因表达谱的差异，结果显示：在标记后第1天，共有3609个基因差异性表达，其中上调表达基因1781个，下调表达基因共1828个；在标记后第2天，共有665个基因差异性表达，其中上调表达基因371个，下调表达基因共294个；在标记后第4天，共有1612个基因差异性表达，其中上调表达基因1055个，下调表达基因共557个；在标记后第8天，共有2165个基因差异性表达，其中上调表达基因663个，下调表达基因共1502个。基因功能注释显示，这些差异表达基因主要包括氧化还原相关基因，碳水化合物运输相关基因，光合作用相关基因，光形态建成和光周期相关基因，木质素合成相关基因，激素应答反应相关基因，细胞分裂与凋亡相关基因、细胞程序性死亡相关基因和胚胎发育相关基因，初步推测这些差异表达基因可能与气生果针的败育有密切关系。 结论：基于上述的研究结果表明，气生果针不结实主要是由胚败育所引起，其败育原因是多因素的复杂过程。在气生果针的发育过程中，内源IAA含量的变化，氧化还原相关基因、碳水化合物运输相关基因和木质素合成相关基因的表达，以及抗坏血酸过氧化物酶、肉桂醇脱氢酶、咖啡酸甲基转移酶、泛素载体蛋白、蛋白酶体α亚基B7、酸性磷酸酶和翻译起始因子5A2的积累，可能导致了气生果针的胚败育，特别是参与激素应答反应的生长素反应因子ARF、参与细胞凋亡的富亮氨酸重复类受体蛋白激酶、参与细胞程序性死亡的胚胎发生受体类激酶BAK1等基因的表达。当然，这些基因尚需进行下一步的功能验证。