许多水生被子植物都具有异型叶性,在同一植株上长出两种或两种以上的叶型,这是由于个体发育过程中由营养期向生殖期转变时,表型受到基因和环境综合作用的结果。水生植物异型叶在形态特征、解剖结构、生理生化及光合特性等发育和功能方面都有显著差异,浮水叶较之沉水叶都有明显的优势,这很可能是浮水叶和沉水叶为适应各自的生态环境与基因综合作用的结果。但目前关于异型叶产生的机制、相关基因的表达调控及对居群适合度的贡献的研究报道还不全面,因此在本研究中分析了环境因子和植物激素对异型叶中影响,采用多种手段研究水生植物异型叶的产生及形态生理特性差异的内在机制,并选择转录因子和与叶型分化生理生化过程的相关基因进行初步的功能分析,也为进一步了解异型叶水生植物分子机制奠定基础。钝脊眼子菜(眼子菜科),是一种典型的具有两种不同叶形(沉水形和浮水形)的水生植物,本研究以钝脊眼子菜不同生长阶段的沉水叶和浮水叶为材料,首先对异型叶的形态和表皮特征进行比较结果发现成熟浮水叶和沉水叶在叶长、叶宽、长宽比和叶脉数等形态结构上均存在较大差异,且沉水叶通常细长状缺少角质层和气孔,相反浮水叶较厚,角质化具有气孔。本研究选择钝脊眼子菜(Potamogeton octandrus Poir)为实验对象,采用盆栽试验方法,将幼苗种植在水下10cm、30cm、50cm、70cm的花盆内,水位固定,并考察水深梯度对植株幼苗生长、生物量和繁殖策略的影响。结果表明,不同水深梯度下株高、分株数、生物量及分配式等指标均表现出显著差异性(P<0.05),且钝脊眼子菜具有异型叶性。随着水深梯度的增加,钝脊眼子菜增加对株高投入以获取更多的光能,地上生物量、花序数和结实数逐渐增加,而地下生物量和分株数明显减少。其中,10cm组无性分株数最多而有性繁殖体为0,50cm组有性繁殖体最多而无性分株数相对较小。钝脊眼子菜在不同水深条件下有较强的表型可塑性,在50cm水深处最适合植株生长。在一定范围内ABA和GA都对植物顶端分生组织有促进用作,这表明在自然状态下,如果内源性的激素水平发生变化,也能促进异型叶性响应。我们采用HPLC法测定钝脊眼子菜沉水叶和浮水叶生长过程中内源激素(ZT、GA3、IAA、ABA)含量的变化。结果表明,GA3含量在沉水叶发育过程中呈上涨趋势并在沉水叶发育后期维持在较高水平,且明显高于浮水叶中的GA3含量。相反,ABA含量在浮水叶发育过程中一直保持上升趋势,而在沉水叶的发育初期含量有所上升后期逐渐下降。ZT含量在沉水叶和浮水叶发育过程中激素水平略微上升,而IAA含量在植株苗端中最高,之后沉水叶和浮水叶的发育过程中急速下降。这些内源激素水平的变化可能有利于钝脊眼子菜异型叶的发育。为进一步了解异型叶水生植物分子机制,本研究通过Illumina高通量测序技术对钝脊眼子菜不同生长阶段的沉水叶和浮水叶进行转录组测序。完成15个样品的转录组测序,共获得135.83Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到6.25Gb,Q30碱基百分比在96.01%及以上。获得高质量的测序数据之后,使用Trinity软件对其进行序列组装,建立钝脊眼子菜沉水叶和浮水叶转录组数据库。组装后共获得86,103条Unigene,其中长度在1kb以上的Unigene有21,146条。使用BLAST软件对Unigene进行功能注释,包括与NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库的比对,共获得48,235条Unigene的注释结果。对沉水叶和浮水叶不同生长期的基因进行表达量分析,基于基因在不同样品中的表达量,识别6,822条差异表达基因,并对差异表达基因进行模式聚类、功能注释以及富集性分析。根据GO功能分类,共24,025条Unigene注释到52个条目中。并且通过KEGG通路富集分析筛选出70条参与植物激素信号通路的差异表达基因。此外,发现了 1,681条转录因子序列,编码包括WRKY,C3H,AP2,MYB和ARF等家族蛋白。通过生物途径注释,发现了23条可能参与气孔复合体形成和11条参与角质层发育的差异表达基因。这些候选基因的发现为进一步研究钝脊眼子菜异型叶的基因结构及功能奠定基础。