木薯(Manihot esculenta Crantz)属于大戟科,是一种多年生灌木,既是一种重要的粮食作物也是一种能源作物,皆是因为其块根是一种高效累积淀粉的储藏器官。同化物的高效累积不仅要求较高的光合速率(源)和运输能力(流),同时还要求储藏器官(库)有较强的利用能力。同化物以何种形式卸载不仅限制着库器官的发育而且也决定着库强,大多数的卸载研究都认为共质体途径是主要的卸载方式,但对于不同的库器官、不同的发育时期、不同的组织类型卸载路径都不是固定不变的。目前,影响木薯块根条数的多少、块根的形成和存储淀粉的能力的因素尚不能确定,本研究的目的在于阐明木薯根韧皮部同化物方式,并借此分析影响木薯块根产量和淀粉高效累积的相关因素。主要取得了以下几方面的研究结果：1.确定了木薯韧皮部汁液的主要游离糖成分是蔗糖。为了确定木薯韧皮部卸载的主要同化物成分,首先利用压力渗透法对木薯栽培种Arg7进行了韧皮部汁液收集,然后利用HPLC-ELSD方法对其进行分析。在其汁液中没有发现有棉子糖、水苏糖、山梨醇和甘露醇等碳水化合物的存在,其主要成分是蔗糖、葡萄糖和果糖,其中蔗糖的量占大部分(>50%)。2.根据光镜解剖结构确定了五个发育时期的木薯根作为研究对象,以及韧皮部的位置。以茎秆繁殖的木薯植株,最初在茎秆上生出的是不定根,不定根进而形成了须根系,部分须根具有发育成为储藏根也就是块根的潜力,部分须根膨大到已经阶段受遗传因素和环境因素的影响会停止发育,起水分和营养吸收功能。因此为了区分这几种根在Arg7中的具体形态和发育时间,我们对各种时期、形态的根制作了石蜡切片,最终发现初生须根的特征是初生木质部明显,皮层所占面积较大,几乎没有淀粉粒,皮层有明显的蛋白质；次生须根中虽然有少量淀粉粒,但其木质部导管所占比例较大,特别是初生木质部；块根的形成层比较明显,紧贴韧皮部,韧皮部与内皮层的细胞在光镜水平上不好区分,随着块根的不断膨大,木质部薄壁细胞的数量在不断增多,其存储的淀粉粒的密度也在不停加大,到成熟期几乎所有的组织中都充满了淀粉粒。3.木薯块根相对于须根的韧皮部各类型细胞间出现大量的胞间连丝,观察块根的亚细胞结构发现许多共质体卸载特征,而须根则观察到许多质外体特征。超微结构观察发现：初生须根的细胞间隙较大,无论是韧皮部筛分子伴胞复合体周围还是薄壁细胞间,伴胞数量较少,而且较小,常见质壁分离和质膜内陷的现象,胞间连丝出现频率较小,经统计其密度在筛分子伴胞复合体与周围薄壁细胞间最小；而块根的胞间连丝数量和密度明显高于初生须根,细胞面积增大(比初生须根大约20倍),细胞间隙较小,一个筛分子通常有两个伴胞相伴,薄壁细胞内逐渐出现淀粉累积,特别是成熟期的块根,整个细胞几乎被淀粉粒充满。4.羧基荧光素在块根中的大量卸载证明了其共质体途径的主体地位,而在须根中的限制性卸载则证明共质体途径不占主体地位。羧基荧光素是一种理想的同化物共质体卸载的指示剂,此研究通过注射法对木薯根的共质体卸载途径进行了验证,在注射的浓度和时间一致的情况下,CF在木薯初生须根中的卸载仅局限在韧皮部和中柱鞘周围,没有向内部的木质部和向外部的皮层扩散；块根伸长期CF首先被卸载于形成层附近的韧皮部和皮层,在木质部有少量分布,到膨大期时CF在韧皮部的荧光强度最大,木质部也发现有卸载量增加趋势,成熟期的CF已经遍布整个块根组织,从木质部薄壁细胞到皮层薄壁细胞充满了整个横切面图。5.细胞壁酸性转化酶和蔗糖合酶分别在须根和块根中的相对高活性证明了须根的质外体和块根的共质体卸载途径的主体地位。酶学分析发现细胞壁和可溶性酸性转化酶都在初生须根中表现出了较高活性,都显著高于三个发育时期块根的转化酶,次生须根的细胞壁酸性转化酶也显著高于块根的,但可溶性酸性转化酶在次生须根里却较低,与块根里的没有明显差异；蔗糖合酶的活性(分解方向)与转化酶特别是与细胞壁酸性转化酶呈现出了互补的趋势,三个时期的块根间蔗糖合酶活性几乎没有差异,块根里的活性显著高于须根,特别是初生须根。6.细胞壁酸性转化酶和蔗糖合酶分别在须根和块根中的相对高表达验证了须根的质外体和块根的共质体卸载途径的主体地位。首先通过序列比对、反转录PCR和测序等工作获得了两条在木薯块根中表达量较高的细胞壁酸性转化酶基因序列片段,分别对这几种酶进行引物设计并扩增,用⊿⊿Ct法分析其相对表达量后发现,细胞壁和可溶性酸性转化酶都在须根里表现出了较高的表达量,其中细胞壁在初生须根里的表达量显著高于三个发育时期的块根,而可溶性的初生须根和次生须根里的表达量高于三个发育时期的块根,但是不显著。蔗糖合酶在块根中的表达显著高于须根,特别是膨大期的表达量在这些组织中表现出最高水平。7.细胞壁酸性转化酶和蔗糖合酶的蛋白量进一步验证了须根的质外体和块根的共质体卸载途径的主体地位。根据以上实验中筛选出的两条细胞壁酸性转化酶序列以及可溶性酸性转化酶和蔗糖合酶的序列,通过多肽免疫制备了四条单克隆抗体。western杂交结果显示细胞壁酸性转化酶的蛋白表达量在初生和次生须根里明显高于块根三个发育时期,大小在55K到72K不等；但是可溶性酸性转化酶在须根和块根中几乎没有表达差异,大小在95K；蔗糖合酶的蛋白表达量在块根三个时期中都显著高于须根,这与细胞壁酸性转化酶的表达量情况正好互补,分子量大小是95K。8.须根中酸性转化酶的蛋白量远多于块根中又进一步证明了须根的质外体卸载途径的主体地位。胶体金免疫电镜分析发现细胞壁上的细胞壁酸性转化酶的胶体金颗粒明显在初生须根中较多,次生须根中略少,而块根的三个发育时期的量急剧减少,在整个细胞壁上只有零星分布,在以免疫前兔血清和省略一抗的对照实验中均基本上没有金颗粒分布。