木薯（Manihot esculenta Crantz）,大戟科木薯属植物,主要分布于热带和亚热带地区。它是全世界6亿人口的主粮,而在我国主要用来生产淀粉和燃料乙醇。木薯具有耐高温耐贫瘠的特点,但是对低温胁迫十分敏感,10℃以下就会停止生长。低温成为木薯北移、扩大种植面积的主要限制因子。因此,研究木薯抗寒机理具有非常重要的生物学意义及经济应用价值。据报道,植物多倍化后,抗逆性会发生改变。本文以华南8号木薯二倍体（2-SC8）和四倍体（4-SC8）植株为材料,对其基本农艺性状进行测定比较,并观察自然低温下两者的田间表现。本文还通过生物化学手段和转录组测序RNA-seq技术,对不同倍性木薯响应低温胁迫的生理生化和分子机制进行了较为深入的研究,主要研究结果如下:1、二倍体和四倍体木薯形态差异明显。四倍体木薯较二倍体木薯植株高度降低,茎秆更为粗壮,节间距减小,株型更为紧凑。叶片颜色加深,叶片宽度显著增加,叶型指数变小,叶片肥大增厚。4-SC8的气孔长度和横径增大,均为2-SC8的1.34倍,气孔密度减小,是二倍体的47.07%。2、自然连续低温下二倍体和四倍体木薯大田苗的观察结果显示,四倍体植株不论是叶片还是茎秆所受伤害都比二倍体严重。另外,10℃和4℃低温下二倍体和四倍体木薯组培苗的观察结果表明,胁迫温度越低,不同倍性木薯叶片失水越快,萎蔫程度越严重。四倍体叶片遭受低温损伤更严重,叶片萎蔫下垂的更严重,且叶片黄化面积和数目均多于二倍体。从两种低温观察结果来看,四倍体木薯的抗寒性不如二倍体。3、低温胁迫下二倍体和四倍体木薯生理生化特征存在明显差异。在4℃和10℃低温胁迫过程中,叶片含水量呈下降趋势,四倍体木薯的叶片保水能力差,失水速度更快。相对电导率（REC）在整个胁迫过程中呈上升趋势,且不论在何种温度下四倍体相对电导率的增幅和数值始终高于二倍体。丙二醛（MDA）和过氧化氢（H₂O₂）含量持续增加,四倍体的增幅大于二倍体,活性氧产生速率更快,膜脂受损伤更严重。抗氧化酶活性在低温下的变化趋势多样,二倍体植株的POD、SOD活性强于四倍体,而CAT活性略低于四倍体。游离脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白质（SP）等渗透调节物质随胁迫时间延长而增加。Pro和SS的变化趋势一致,四倍体的增幅和含量均小于二倍体,可溶性蛋白质含量随胁迫时间增加量少,二倍体在低温处理72小时内变化不大,但四倍体增加幅度更大。研究结果表明,低温胁迫下木薯叶片产生活性氧等物质,对细胞造成损伤,四倍体对低温胁迫更敏感。低温胁迫下,细胞启动抗氧化系统和渗透调节系统保护细胞,二倍体木薯和四倍体的保护系统存在差异。4、低温胁迫下,二倍体和四倍体木薯转录表达也存在明显差异。RNA-seq结果显示,二倍体植株低温处理3 h和12 h后,上下调基因数分别为50、41和140、94,四倍体则分别为71、41和117、103,两者的上下调基因数目均随着胁迫时间的延长而显著增加。在低温胁迫0 h、3 h、12 h时,不同倍性植株之间的差异基因数分别65、41、68个。GO功能注释结果显示,差异基因在“metabolic process”、“cellular process”、“response to stimulus”、“cell”、“organelle”、“membrane”、“binding”、“catalytic activity”等与低温胁迫紧密相关的功能组中富集,刺激响应中的活性氧响应尤为显著。KEGG代谢路径结果显示,二倍体和四倍体在糖类物质代谢途径、次生代谢产物合成途径、氨基酸代谢、脂类代谢等方面有显著差别。本研究还从中筛选了一些基因作为提高木薯抗寒性的候选基因,为木薯抗寒性的进一步研究打下基础。