草地早熟禾根茎扩展机理研究

Rhizome are rhizomatous clonal plant unique underground stems and are vital organsthat store nutrients and that ownvegetative propagation, which not only have capabilities of vegetative propagation and population expansion of niche space, but also is a common reproductive ramets physiological integration channels thatplays a key role in the storage and transport of plant nutrients, asexual reproduction, among rametsinformation exchange. Kentucky bluegrass and alpine plateau bluegrassare typical rhizomatous plant in Poa., because of its well-developed roots ,resistance and tillering ability,that is a very important forage grass in natural grassland and the most important and widely usedcool-season turfgrasses in Northwest cold and arid regionsin turf establishment andwater conservation, but the mechanism related to its roots extensions have not been reported.In this study, usingthree wild Kentucky bluegrass with strong, moderate, weak rhizomes scalability as materials, by analyzing differencesin their different growing seasons the content of leaves, stems, roots neck, rhizomes (internode, internode, stem buds) and other organs endogenous hormones, carbohydrate and nitrogen compounds and differences related enzyme activity and protein dynamics of group,explicitly control the main endogenous hormones,carbohydrates, nitrogen compounds and related metabolic enzymesrhizome extend,andthe mutual synergistic relationshipbetween them, revealing the mechanism of rhizome extendof Poa.and providing a theoretical basis for the rhizome bluegrass extend regulation and vegetative propagation.

根茎是根茎型克隆植物所特有的地下茎, 是营养物质贮藏和营养繁殖的重要器官，它不仅具有营养繁殖和扩展种群生态位空间的功能，也是共同繁殖分株生理整合的通道，在植物养分储存和运输、无性繁殖、克隆分株间信息交流等方面起着关键作用。草地早熟禾为早熟禾属典型的根茎疏丛型禾草，由于其具有发达的根茎，抗逆性和分蘖能力强，是天然草地非常重要的优良牧草和西北寒旱区草坪建植最主要而又广泛使用的冷季型草坪草，但有关其根茎扩展的机理目前未见报道。本研究以根茎扩展性强、中等、弱的三个野生草地早熟禾为材料，通过分析其不同生长季节叶、茎、根颈、根茎（茎节、节间、茎芽）等器官内源激素、碳水化合物、含氮化合物含量及相关酶活性的变化动态和蛋白质组的差异，明确控制其根茎扩展的主要内源激素、碳水化合物、含氮化合物和相关代谢酶，以及它们之间的相互协同关系，揭示早熟禾属植物根茎扩展的机理，为根茎型早熟禾扩展调控和营养繁殖提供理论依据。

本研究采用盆栽单株种植方式，研究了草地早熟禾根茎扩展与内源激素、碳水化合物和含氮化合物含量及相关代谢酶活性的关系；运用TMT技术对3个扩展性强、中、弱不同草地早熟禾材料生长当年的根茎进行高通量蛋白质组学测定，初步探讨了草地早熟禾根茎扩展机理。研究发现：（1）野生草地早熟禾材料具有较强的扩展和再生能力，采自温暖湿润环境的材料扩展性强，采自寒冷干旱环境的材料扩展性弱，进一步说明了草地早熟禾适应潮湿环境的特性。（2）玉米素（ZT）是控制草地早熟禾根茎扩展的关键和主要激素。（3）根茎是草地早熟禾储存碳水化合物的主要场所；果聚糖约占主要贮藏碳水化合物的50%，是碳水化合物的主要贮存形式，甘露醇、果糖、蔗糖和葡萄糖是决定草地早熟禾根茎扩展的主要碳水化合物。（4）谷氨酸合酶（GOGAT）、硝酸还原酶（NR）是草地早熟禾氮代谢的重要调节酶和限速酶，NR活性高低和游离脯氨酸（Pro）、硝态氮、游离氨基酸含量对氮代谢的强弱起关键作用，是决定草地早熟禾根茎扩展的主要含氮化合物和代谢酶。（5）根茎扩展性强的草地早熟禾材料与扩展性中、弱的材料间有较多的差异蛋白信号，不同材料间差异蛋白富集的代谢通路存在差异。上述研究结果初步明确了草地早熟禾根茎扩展的内源激素、碳氮代谢机理，为草地早熟禾根茎调控提供了理论基础。项目资助发表中文CSCD核心库期刊论文6篇，CSCD扩展库期刊论文3篇；授权实用新型专利1项。培养硕士研究生3名。