甘蔗(Saccharum officenarum L.)是禾本科甘蔗属植物,原产于热带、亚热带地区。低温寒害会对甘蔗生产、糖业及相关产业造成严重影响。我国南方蔗区每年都因为低温为害造成不同程度的经济损失。因此,有关甘蔗寒害机理和提高甘蔗抗寒性方法的研究非常重要。本研究以两个不同抗寒性的甘蔗品种桂糖28号(GT28,抗寒性强)和新台糖22号(ROC22,抗寒性弱)为实验材料,采用人工气候箱对甘蔗幼苗进行低温处理,探讨低温胁迫对甘蔗生理生化指标的影响,并采用cDNA-SRAP和cDNA-SCOT两种植物基因差异表达方法对甘蔗低温处理后相关基因进行了差异表达分析。所获主要结果如下:　　 1、低温胁迫对甘蔗叶片相对电导率和根系活力的影响　　 低温胁迫下,两个甘蔗品种叶片的相对电导率均随低温处理时间的延长而提高,在低温处理96 h时,抗寒性弱的甘蔗品种ROC22叶片的相对电导率显著高于抗寒性强的甘蔗品种GT28。受低温影响,两个甘蔗品种的根系活力都呈现下降趋势,冷处理48 h和96 h时,甘蔗根系活力下降分别达显著和极显著水平,且抗寒性弱的甘蔗品种ROC22的降幅要大于抗寒性强的甘蔗品种GT28。叶片相对电导率的变化验证了两个品种抗寒性的差异,关于甘蔗低温下根系活力的变化为本研究首次报道。　　 2、低温胁迫对甘蔗叶片过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、多胺氧化酶(PAO)和甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPD)活性的影响　　 低温逆境下,抗寒性强的甘蔗品种GT28的POD、CAT和GAPD活性始终高于抗寒性弱的甘蔗品种ROC22,相反的是抗寒性强的甘蔗品种的PAO活性低于抗寒性弱的品种。低温胁迫下,两个甘蔗品种叶片的POD活性均呈先下降后上升的变化,且都在冷处理96 h时极显著高于对照。甘蔗叶片CAT活性在低温下的变化与POD活性的变化相反,呈先上升后下降趋势。无论是处理还是对照,抗寒性强的甘蔗品种GT28叶片中POD和CAT活性高于抗寒性弱的甘蔗品种ROC22,这可能是抗寒品种对低温抵抗的关键所在。本研究首次对甘蔗在低温胁迫下叶片PAO和GAPD活性变化进行了探讨,发现PAO活性增强明显,说明受寒害的甘蔗体内多胺的种类和数量发生了巨大变化。两个甘蔗品种叶片的GAPD活性在低温处理下都呈现先上升后下降趋势,这与甘蔗在低温下生长发育、光合作用减弱相对应。　　 3、低温胁迫对甘蔗叶片和根系内源激素含量的影响　　 本研究首次对低温下甘蔗叶片和根系内源激素含量变化进行了探讨。低温胁迫下甘蔗植株内源激素发生显著变化。在四类激素中,以ABA和GA的变化最为显著。低温逆境引起甘蔗叶片和根系内的ABA瞬间并持续积累,抗寒品种体内ABA产生量高于抗寒性弱的品种,可能使植株抗寒性得以提高,并诱导抗寒基因的表达。GA在甘蔗受寒害时表现含量下降,它对提高植株抗寒性的帮助可能在于参与调节植株体内的激素平衡,ABA/GA比值的下降更能体现内源激素与抗寒力的关系。持续低温导致甘蔗不同品种间根系ZR含量出现显著差异,抗寒性强的甘蔗品种GT28根系的ZR含量增加,并显著高于抗寒性弱的甘蔗品种ROC22,叶片中无类似变化,这可能和抗寒品种具有更强的再生能力有关。甘蔗低温下叶片和根系IAA含量前期受实验材料处于幼嫩旺长时期的干扰,直到植株感受低温生长停滞时,研究发现甘蔗品种GT28叶片IAA含量高于ROC22的,这可能也是甘蔗品种GT28高抗寒性的一种表现。　　 4、利用cDNA-SRAP技术分析低温胁迫下甘蔗相关基因的差异表达　　 本研究首次利用cDNA-SRAP技术分析了低温胁迫下甘蔗相关基因的差异表达,结果表明:低温胁迫下甘蔗叶片中的转录组具有很大差异,不同抗寒性的甘蔗品种在基因表达上也有一定差异。通过400对引物组合共扩增得到16个稳定的差异片段。对16个差异片段进行克隆和序列分析并进行了BLAST分析,按照功能分类可以将差异表达基因片段SR-TDFs分为3类,分别为已知功能基因(9条,占总数的56.25％),未知功能蛋白(3条,占总数的18.75％)和未知基因(4条,占总数的25％),其中已知功能基因分别为甘油醛-3-磷酸脱氢酶(1条),生长素应答因子基因(1条),甲酸脱氢酶基因(1条),辅酶依赖苹果酸酶基因(2条),甘蔗杂交品种叶绿体(4条)。　　 5、利用cDNA-SCOT分析低温胁迫下甘蔗相关基因的差异表达　　 本研究首次利用cDNA-SCOT技术分析了低温胁迫下甘蔗相关基因的差异表达,结果表明:通过102条引物共扩增得到15个稳定的差异片段。对15个差异片段进行克隆和序列分析并进行了BLAST分析,按照功能分类可以将差异表达基因片段SR-TDFs分为3类,分别为已知功能基因(9条,占总数的60％),未知功能蛋白(4条,占总数的26.67％)和未知基因(2条,占总数的13.33％),其中已知功能基因分别为玉米脱水素基因(1条),大麦mRNA的多胺氧化酶(1条,拟南芥半胱氨酸型肽酶(1条),甘蔗C4磷酸羧化酶(1条),甘蔗过氧化氢酶(1条),葡萄糖醛酸异构酶(1条),葡萄糖激酶(1条),甘蔗杂交品种叶绿体(1条),大麦类受体激酶(1条)。　　 6、利用两种电泳方法比较cDNA-SCOI技术的电泳检测效果。　　 本研究首次以低温胁迫下不同抗寒性甘蔗品种为实验材料,比较了cDNA-SCOT技术中两种PCR产物电泳方法(琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶电泳)的效果。结果表明:采用琼脂糖凝胶电泳成本较低,操作简单,省时,其凝胶图像条带亮白,背景为黑色,主带明显,副带较模糊;采用聚丙烯酰胺凝胶电泳成本较高,操作复杂,耗时,其凝胶电泳图像条带呈黑褐色,背景为浅黄色,主带和弱带清晰易读,但部分引物泳道背景深,影响差异基因鉴别效果。根据两种电泳方法的优缺点,提出应用cDNA-SCOT进行基因差异表达研究时的相关建议。