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无性繁殖是优良植物材料保存的重要手段,不定根的发生是无性繁殖的关键,因此,解析不定根发生调控机制显得尤为重要。扦插繁殖被认为是完整保存林木基因资源的有效手段之一。但有些树种扦插生不易生根(如银杏),并且随着年龄的增加,不定根形成更加困难。目前,对不同枝龄与扦插生根的关系已有研究报道,但不同枝龄插穗碳水化合物对不定根形成影响的研究还报道较少。此外,α-酮戊二酸被认为是碳代谢的“十字路口”:一路线是经α-酮戊二酸脱氢酶(α-KGDH)作用生成TCA中间产物琥珀酰辅酶A,另一路线是经谷氨酸合成酶生成谷氨酸,并形成γ-氨基丁酸(GABA)支路;抑制α-KGDH活性能够增强GABA支路碳代谢,但是否与不定根生成有关,也尚未见报道。针对这些问题,本论文首先以不同枝龄的银杏枝条为研究对象,研究碳水化合物含量变化与扦插不定根形成的关系;在此基础上,以模式植物杨树为材料,研究抑制α-KGDH对不定根发生的影响。这有利于了解碳水化合物及其关键代谢在林木不定根形成过程中的作用。主要研究结果如下:1.以银杏不同枝龄茎段为扦插材料,分析相应位置的叶、茎段中非结构碳水化合物含量变化,并观察生根情况。结果表明:银杏扦插生根部位主要在切口处,不定根形成过程分为0-4周愈伤形成期、4-6周愈伤膨大期、6-8周不定根开始形成期、8周后不定根伸长。插穗生根率随着枝龄的增加而明显降低,下部叶片非结构性碳水化合物中多糖和总糖含量明显高于上部,但茎段非结构性碳水化合物的所有组分在上下部均无明显差异;随着枝龄的增加,相应位置叶片非结构性碳水化合物各组分含量没有明显差异,但相应茎段非结构性碳水化合物组分却明显降低,与生根率的变化趋势一致。这表明不同枝龄插穗中碳水化合物物含量与不定根的生成关系密切。2.在上述分析的基础上,以模式植物杨树(84 K)组培苗为材料,利用α-KGDH特异性抑制剂琥珀酰磷酸(SP)处理幼苗茎段,研究碳代谢改变对不定根生成的影响。结果表明:阻断α-KGDH活性导致杨树不定根生长受到明显抑制,引起可溶性糖、有机酸和氨基酸代谢显著变化,伴随着GABA支路活性的增强;通过施加外源GABA也发现,其支路活性增加,并伴随着不定根生长受到抑制。这表明GABA支路与不定根发生关系密切。进一步的转录组分析发现,抑制α-KGDH活性导致根部碳代谢和激素(生长素、ABA和乙烯)代谢通路基因表达的变化,推测可能与GABA支路活性的改变有关。因此,本研究结果表明非结构性碳水化合物含量与银杏不定根生长呈正相关关系(1年生>2年生>3年生);结合模式植物杨树中抑制α-KGDH改变碳代谢方面的研究,我们发现GABA支路活性的增加可以抑制不定根的生长,这可能是调节树木不定根发生的重要因素之一。这为今后林木无性繁殖和抗性遗传改良提供了较好的理论基础。