青钱柳嫁接亲和性的代谢组学解析：黄酮与苯丙烷类化合物的差异积累指示嫁接不亲和机制

本研究针对具有重要保健价值的中国特有树种青钱柳(Cyclocarya paliurus)嫁接成活率低的问题，通过选取3个无性系接穗与3个种源砧木组合，结合靶向代谢组学技术分析嫁接结合部黄酮(flavonoids)和苯丙烷类(phenylpropanoids)代谢通路。发现苯丙烷类在亲和组合中优先积累，而黄酮类在不亲和组合中显著富集，其中阿魏酸(ferulic acid)、黄豆黄素(glycitein)等5种标志物呈现特异性积累模式，为预测嫁接成功率提供了新型生化标记。该成果发表于《Scientific Reports》，为青钱柳嫁接技术优化和育种策略制定提供了理论依据。

　　

在健康食品开发领域，青钱柳因其叶片富含酚类和三萜类活性成分而备受关注。然而这个中国特有树种却面临繁殖难题——传统扦插繁殖效率低下，而嫁接技术又因高达50%的失败率难以推广。更令人困惑的是，即使采用同种砧木嫁接，不同无性系组合仍表现出显著差异的成活率，暗示着隐藏在嫁接愈合过程中的生化密码尚未被破解。

南京林业大学国家林业局森林食品资源重点实验室的Sun Caowen团队注意到，嫁接失败往往伴随着富含次生代谢物的伤流液渗出，这种现象可能形成隔离层阻碍愈伤组织形成。既往研究表明，酚酸和黄酮类物质既能通过影响生长素运输参与木质素合成促进愈合，也可能因过量积累导致不亲和。但具体哪些代谢物起关键作用？它们如何调控嫁接亲和性？这些问题成为突破青钱柳繁殖技术瓶颈的关键。

研究人员设计了三因素实验：选取LC4（红叶大冠型）、LS3（薄叶窄冠型）、CR4（密冠直立型）三个特性迥异的无性系作为接穗，搭配陕西、湖北、广西三种地理种源的砧木，建立9种嫁接组合。通过60天成活率统计、靶向代谢组学（UHPLC-MS/MS）和关键酶活性检测，系统解析了嫁接界面的代谢特征。技术路线聚焦三大核心：嫁接成活率统计、苯丙烷代谢通路关键酶（PAL/PPO/POD）活性测定、基于C18柱的UHPLC-MS/MS靶向检测1843种代谢物。

Analysis of graft survival rates

数据揭示接穗基因型主导成活率差异：CR4组合以73%成活率显著优于LC4（30%）和LS3（47%），而砧木种源影响不显著。解剖观察显示CR4/JZS组合嫁接界面愈合良好，与LC4/JZS形成鲜明对比。

Analysis of leaf flavonoid content and related antioxidant enzyme activity

黄酮含量呈现与成活率负相关趋势——成活率最低的LC4组合叶片黄酮含量（17.54 mg g^-1）显著高于CR4（13.31 mg g^-1）。酶活检测发现不亲和组合（LS3）的POD（35.08 U/g h）和PPO（51.35 U/g h）活性显著升高，暗示氧化应激可能加剧嫁接失败。

Metabolic analysis on the graft union

主成分分析（PCA）显示CR4/JZS与LC4/JZS代谢谱明显分离。KEGG富集发现差异代谢物主要富集于黄酮生物合成（14种）和苯丙烷代谢通路（12种）。热图聚类揭示关键规律：亲和组合CR4/JZS中上游苯丙烷类（阿魏酸、芥子酸）显著积累，而不亲和组合LC4/JZS下游黄酮（二氢杨梅素、芹菜素）更丰富。

Phenylpropanoids biosynthesis pathway analysis on the graft union

标志物定量发现惊人规律：亲和组合中阿魏酸（log₂FC=1.6）和香豆素类（bergaptol）含量激增，而不亲和组合则积累特定黄酮——二氢杨梅素（log₂FC=-2.3）和芹菜素。代谢通路分析显示，亲和组合的苯丙烷代谢流更倾向于木质素合成方向，这解释了其嫁接界面更强的机械支撑力。

这项研究首次绘制了青钱柳嫁接亲和性的代谢图谱，提出"苯丙烷-黄酮平衡"调控模型：阿魏酸等苯丙烷衍生物通过促进木质素沉积增强嫁接界面稳定性，而过量黄酮积累可能抑制愈伤组织形成。特别值得注意的是，高经济价值的黄酮成分与嫁接成活率呈现此消彼长的关系，这为后续育种提供了重要权衡依据。研究建立的代谢标志物预测体系（如二氢杨梅素/阿魏酸比值），可望将传统经验性嫁接提升为基于生化指标的精准农业实践。南京林业大学团队这项成果，为破解我国特有药用树种繁殖难题提供了原创性解决方案。