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甘蔗是世界上重要的糖料作物,所生产的蔗糖占世界食糖总产的80%以上。甘蔗属于无性繁殖多年生作物,靠茎节上的腋芽繁殖,生产实践表明腋芽萌动是影响甘蔗出苗、宿根发株,进而影响有效茎数和蔗茎产量的关键因素。目前有关甘蔗腋芽萌动的研究还主要集中在外界环境因素和植物激素对腋芽萌动影响方面,对其内在的生理和分子机制尚不清楚,限制了通过腋芽调控来改良甘蔗产量的能力。鉴于此,本研究检测了甘蔗腋芽从休眠、萌动、膨大、伸长、第一片新叶出现等5个发育阶段植物内源激素含量变化和转录组差异基因表达谱,以揭示甘蔗腋芽萌动的生理和分子机制,并根据研究结果研发可促进甘蔗腋芽快速萌动的调节剂。主要研究如下:1、甘蔗腋芽萌动时期内源激素含量变化对甘蔗腋芽从休眠、萌动、膨大、伸长、第一片新叶出现等5个发育阶段植物内源激素含量变化研究表明:生长素在甘蔗腋芽生长发育过程中呈现出逐渐下调的趋势;赤霉素在萌动时期出现下调趋势,在膨大时期趋于平缓,后又下调表达;脱落酸在萌动时期处于下调水平,在膨大时期上调,在伸长时期开始下调;乙烯在甘蔗腋芽生长萌动时期大多处于上调水平,然后逐渐下调至伸长时期,接着开始上调;细胞分裂素在甘蔗腋芽萌动过程中处于上调水平;综合表明生长素和细胞分裂素在甘蔗腋芽发育整个过程中扮演着相反的角色,其它内源激素会因发育时期不同有所差异。2、甘蔗腋芽萌动时期转录组数据分析构建了我国主栽甘蔗品种ROC22腋芽从休眠、萌动、膨大、伸长、第一片新叶出现等5个发育阶段的转录组差异基因表达谱。植物激素和氮素与甘蔗腋芽萌发密切相关,本研究重点分析了植物内源激素信号转导途径以及氮循环途径差异基因表达情况,结果表明生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和乙烯这5种植物激素信号转导途径在腋芽萌发不同阶段都存在明显的差异表达基因,其中在甘蔗腋芽萌动时期,细胞分裂素信号转导途径基因多起上调表达的作用;在氮循环途径中,也发现较多差异表达明显的基因;整体来看,与休眠阶段相比,在萌动阶段,有7345个差异表达基因,其中上调表达基因有2807个,下调表达基因有4538个,生长素信号转导途径和细胞分裂素信号转导途径扮演着重要角色;与萌动阶段相比,在膨大阶段,有55个差异表达基因,其中上调表达基因有20个,下调表达基因有35个,氮代谢途径扮演着重要角色;与膨大阶段相比,在伸长阶段,有6779个差异表达基因,其中上调表达基因有3635个,下调表达基因有3144个,氮代谢途径和细胞分裂素信号转导途径扮演着重要角色;与伸长阶段相比,在第一片新叶出现阶段,有4452个差异表达基因,其中上调表达基因有1100个,下调表达基因有3352个,氮代谢途径和生长素信号转导途径扮演着重要角色。筛选出11个差异表达基因进行实时荧光定量PCR实验,结果显示与转录组数据趋势相同,它们的表达确实与甘蔗腋芽的萌动相关。3、促萌动诱导剂的筛选根据植物内源激素和转录组分析结果,植物细胞分裂素和氮素确实在促进甘蔗腋芽萌动过程中扮演重要角色。为研发可促进甘蔗腋芽萌动的调节剂,本研究针对甘蔗腋芽进行了不同浓度的外源细胞分裂素(6-BA)和氮素(NH4NO3)处理,结果表明用50 mg/L 6-BA+150mg/L NH4NO3和100 mg/L 6-BA+150 mg/L NH4NO3处理时甘蔗腋芽萌动进程加快,时间较短,生长较快,效果较好,优于其他处理,可进一步试验示范,有望作为促进甘蔗腋芽萌动的植物调节剂用于生产。