短稃薹草‘四季’落粒机制的生理与转录组学新解析及其育种应用价值

本研究针对短稃薹草（Carex breviculmis ‘Siji’）因高落粒性制约规模化应用的问题，通过组织学、生理学与转录组学联合分析，揭示其落粒区细胞壁水解酶（如纤维素酶）活性与植物激素（GA、CK、ETH）的动态变化是关键驱动因素，并鉴定出植物激素信号转导、苯丙氨酸生物合成及淀粉蔗糖代谢等核心通路及关键基因，为培育低落粒品种提供重要理论依据。

　　

短稃薹草（C. breviculmis）是莎草科（Cyperaceae）薹草属的一种优良乡土草种，兼具强抗逆性与节水优势，被广泛应用于园林绿化与林下生态管理。然而，其强烈的种子落粒（seed shattering）特性严重制约种子产量与采收效率，增加了生产难度并限制规模化推广。为探究其落粒内在机制，本研究从组织学、生理学及转录组学多维度展开分析。组织学观察发现种子末端存在明显脱落区（abscission zone）。生理指标检测表明，脱落区纤维素酶（cellulase）活性随穗部发育逐渐升高，且与落粒程度呈显著正相关；同时，赤霉素（gibberellin, GA）、细胞分裂素（cytokinin, CK）和乙烯（ethylene, ETH）的含量变化与断裂拉伸强度（breaking tensile strength）显著相关。转录组测序进一步揭示，落粒过程主要涉及“植物激素信号转导（plant hormone signaling transduction）”、“苯丙氨酸生物合成（phenylalanine biosynthesis）”及“淀粉和蔗糖代谢（starch and sucrose metabolism）”等通路，并鉴定出多个可能参与落粒调控的关键基因。该研究为短稃薹草落粒机制提供了新见解，对选育低落粒品种具有重要理论与实践意义。