甜菜（Beta vulgaris L.）是我国重要的糖料作物，也是虫害非常严重的作物之一，尤其是甘蓝夜蛾的危害更为严重，化学防治达不到预期效果，还严重污染环境。随着人类生态及环保意识的加强，大力发展绿色农业已经成为新时代的要求，因而，培育高抗虫甜菜新品种成为一项重要研究课题，基因工程方法培育抗虫品种是害虫防治的有效途径。本论文首次尝试对未知叶绿体基因组序列的甜菜进行抗虫基因的叶绿体转化与表达研究。以克隆的甜菜叶绿体基因atpB/rbcL为同源片段，以作用鳞翅目的Bt基因cry1Ac为外源目的基因，以aadA基因为筛选标记基因构建了甜菜叶绿体定点整合转化载体，基因枪法转化甜菜，通过抗性筛选、分子检测及抗虫试验等，最终获得了甜菜抗虫转基因再生植株及后代，并对转基因植株后代抗虫基因遗传稳定性进行了研究，以及对叶绿体转化技术的机理进行了探索，最终建立了甜菜叶绿体转化体系。通过对甜菜不同基因型、外植体及培养基激素组合等再生影响因素的筛选，优化了各类培养基配方，建立了以甜菜叶柄为外植体的高效不定芽直接再生体系，为转基因再生植株的获得打下了基础。通过抗性筛选试验确定了甜菜遗传转化中适宜的筛选剂（壮观霉素和卡那霉素）及其使用浓度（30mg/L和50mg/L），确定了甜菜叶绿体转化的筛选标记基因为aadA基因。通过比较试验，借鉴已有植物叶绿体DNA提取方法优点，并结合甜菜特性（糖分含量较高），研究建立了甜菜叶绿体DNA分离纯化方法。试验证明：利用该方法获得的甜菜叶绿体DNA不仅纯度高，得率提高3倍以上，可直接用于分子生物学研究及基因组测序。由于甜菜叶绿体基因组全序列未知，本研究首先利用高等植物叶绿体基因组在进化过程中的高度保守的特性，借助生物信息学软件分析了烟草、水稻、菠菜、玉米等高等植物的叶绿体基因组全序列资料，筛选到紧密连锁的atpB基因与rbcL基因、rps7基因与ndhB基因两个位点，并参照烟草、水稻和菠菜叶绿体基因组全序列资料中相应区段核苷酸序列，分别设计引物，PCR方法成功克隆了甜菜叶绿体中与光合作用有关的重要功能基因atpB和rbcL及rps7和ndhB的完整基因，测序、序列分析及同源性比较证实：得到的结果与预期相符。其中，atpB和rbcL基因序列已提交到GenBank，登录号分别为DQ067451、DQ067450，atpB和rbcL基因的克隆同时也为研究甜菜光合作用机理提供依据。采用分子生物学手段成功构建了抗虫Bt基因cry1Ac甜菜叶绿体转化载体，该载体包含有同源片段atpB/rbcL、Bt基因cry1Ac表达盒（Prrn-cry1Ac-psbA3’）、筛选标记基因aadA表达盒（Prrn-aadA-TpsbA），采用基因枪法转化甜菜，通过多次继代及2轮分化与多次继代结合的抗性筛选，获得一批转基因抗性植株。建立了甜菜叶绿体遗传转化体系，为今后继续开展甜菜叶绿体遗传转化研究提供了依据。转基因再生植株外源基因的PCR检测、Southern blot、Northern blot、Western blot，结果表明：抗虫Bt基因cry1Ac已定点整合到甜菜叶绿体基因组中，并得到了表达。以二龄末甘蓝夜蛾为试虫，通过人工饲虫法，分别检测克隆工程菌及转基因再生植株的杀虫性，结果表明：以克隆菌菌体蛋白涂抹甜菜叶片饲喂的二龄末幼虫，幼虫平均死亡率达到90%；以不同转基因再生植株叶片饲喂二龄末幼虫，幼虫死亡率达33.3%~66.7%。之所以出现差异，可能与转化体的同质化程度不同有关。众所周知：每个叶肉细胞含有数十个甚至数百个叶绿体，被整合外源基因的叶绿体数量越多，即转化体同质化程度越高，其外源基因表达量越高，杀虫性也越好。采用在抗性培养基上2轮筛选及多次继代方法对转基因植株进行同质化筛选研究，结果表明：转基因植株的同质化程度明显提高，加快了获得同质化纯系的进程。转基因甜菜后代抗虫基因的遗传稳定性和抗虫性分析表明，外源基因在转基因后代中得到稳定遗传并表达稳定的杀虫活性,幼虫死亡率仍达33.3%~55.6%。为了使叶绿体转化技术能广泛应用，本论文对其机理进行了研究。以除草剂抗性基因bar为筛选标记基因，比较研究bar基因和aadA基因的筛选效率，结果表明：筛选标记基因是影响目的基因转化效率的因素；以本研究克隆的位于叶绿体基因组中反向重复序列上的rps7-rps12/ndhB基因为同源片段，比较研究同源片段位置与目的基因转化效率的关系，结果表明：同源片段的位置对目的基因转化效率影响差异不大。此研究结果为其他植物开展叶绿体转化研究提供理论依据。