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解析乙烯与生长素协同塑造莲藕实生苗不定根发育的分子机制

一、引言

1.1研究背景与意义

莲藕（NelumbonuciferaGaertn）作为睡莲科莲属多年生水生草本植物，在我国拥有长达3000多年的栽培历史，是重要的水生蔬菜。莲藕主要以膨大的根状茎，即俗称的藕供人们食用，其不仅营养丰富，还深受群众喜爱，是我国主要的出口创汇型蔬菜之一。莲藕的根可分为主根和不定根，主根由莲子播种后种子的胚根形成，但并不发达，在莲藕生长过程中发挥主要作用的是不定根。不定根呈须状，成束地环生在地下茎节的四周，一般每个茎节上有5-8束不定根，每束含7-8条，总数约130-180条，每条根长约10-12.5厘米，不仅承担着吸收养分的重任，还对莲鞭起到固定作用。在不定根上密生许多侧根，且不定根能不断更新。莲藕在幼苗期根较少，进入成株期后根系增多，生长期不定根呈白色或淡紫红色，藕成熟后则变为黑褐色。种藕长出1-2节前，根系短小细弱，抽生立叶后各节根长而粗。发达的不定根对于莲藕植株至关重要，其不仅能从土壤中吸收植物生长发育必需的水分和无机盐，还起到固定与支持植株的作用，直接影响着莲藕植株的后期发育。

当前，莲藕生产上多采用无性繁殖的方法，这是因为有性繁殖的实生苗存在幼苗期较长、发育迟缓的问题，会对植株后期的生长发育产生不利影响。然而，通过杂交产生变异，再利用无性繁殖固定变异，是莲藕新品种创制和培育的主要途径与手段。但在实际情况中，通过有性杂交获得的莲藕实生苗不定根发生量较少，这就导致苗期延长，植株当年难以开花，进而影响生产用种藕或商品藕的形成。因此，深入发掘莲藕实生苗不定根形成过程中的激素调控机制，对加速莲藕新品种选育、缩短育种年限而言，是一条极为有效的途径，同时也能为莲藕种质创新和新品种选育奠定坚实的基础。

植物激素在植物的生长发育过程中扮演着不可或缺的角色。生长素和乙烯作为其中重要的成员，在植物生长发育中相互作用，共同调节着植物的各项生理过程。生长素，尤其是吲哚乙酸（IAA），作为生长素中最重要的一种内源激素，参与了植物发育的诸多过程，能够调控多种生理反应。众多研究表明，在一定浓度范围内，IAA可以显著促进作物根系的生长发育。例如，在对大豆下胚轴插条的研究中发现，IAA能够促进不定根的形成，且200μmol/L的IAA效果最佳。乙烯同样参与植物生长发育的多个方面，其主要作用包括促进植物的生长速率、开花、果实成熟以及植物对环境的响应等。在不定根发育方面，乙烯也起着积极的调控作用。以大豆插条为例，乙烯释放剂乙烯利能够促进其生根，特别是100μmol/L的乙烯利效果显著。

在植物生长发育过程中，生长素和乙烯之间存在着复杂的相互作用。一方面，乙烯能抑制生长素的合成和运输，从而降低生长素对植物生长的影响。如在果实成熟过程中，乙烯的积累会抑制生长素的合成，使果实停止生长。另一方面，生长素能增强乙烯的合成，进而促进植物的生长发育。在植物生长过程中，生长素可促进乙烯的合成，使植物能更有效地应对环境变化。此外，在植物的开花过程以及对环境变化的响应中，乙烯和生长素也具有协同作用。

鉴于莲藕实生苗不定根对莲藕生长发育的重要性，以及乙烯和生长素在植物生长发育包括不定根形成过程中的关键作用和复杂的相互关系，深入研究乙烯和生长素调控莲藕实生苗不定根形成的机制显得尤为必要。这一研究不仅有助于从理论层面深入揭示莲藕生长发育的内在机制，丰富植物激素调控不定根形成的理论体系，还具有重要的实践应用价值。在莲藕的实际生产中，我们可以依据该研究成果，通过合理调控乙烯和生长素的水平，来促进莲藕实生苗不定根的形成，缩短莲藕实生苗的苗期，提高莲藕的繁殖效率和质量，为莲藕产业的发展提供有力的技术支持，推动莲藕产业的可持续发展。

1.2国内外研究现状

在植物生长发育过程中，乙烯和生长素对不定根形成的影响一直是研究的热点领域。众多研究表明，生长素在不定根形成中起着关键作用。早在20世纪，科学家就发现生长素能够促进植物插条不定根的形成。例如，在对豌豆插条的研究中，外源施加生长素显著增加了不定根的数量和长度。随着研究的深入，发现生长素通过调节细胞的分裂和分化来影响不定根的形成。在拟南芥中，生长素响应因子（ARFs）参与调控不定根原基的起始和发育。当ARFs基因表达受到抑制时，不定根的形成明显减少。

乙烯对不定根形成的影响也逐渐受到关注。乙烯作为一种气体激素，参与植物生长发育的多个过程，包括不定根的形成。在番茄中，乙烯处理能够促进不定根的发生，且这种促进作用与乙烯浓度相关。适宜浓度的乙烯可以诱导不定根原基的形成，从而增加不定根的数量。然而，乙烯对不定根形成的作用并非总是促进，在某些情况下也可能表现出抑制作用。在对杨树的