山药（Dioscorea opposita Thunb.）块茎膨大是决定其产量及品质的重要因素之一,多种激素参与调控块茎膨大,但赤霉素被认为是与块茎膨大关系最密切的激素,GA20ox是赤霉素生物合成过程中重要的调控酶。本研究以大和长芋山药（DHCY）为试验材料,在块茎膨大期用不同浓度的外源赤霉素（100、200、300 mg/L）喷施地上部植株,测定了叶片相关光合指标,块茎的形态指标、碳水化合物的含量及相关酶的活性,从本实验室前期通过高通量测序完成的山药块茎转录组数据中,得到赤霉素合成酶基因GA20ox1序列,采用RT-PCR技术克隆GA20ox1基因的开放阅读框（Open reading frame,ORF）及其与c DNA对应的g DNA,并对其进行生物信息学分析及基因结构分析;构建其瞬时表达载体,进行基因的亚细胞定位。采用实时荧光定量PCR对GA20ox1基因在不同发育时期及不同浓度赤霉素处理下块茎的表达分析,并将表达量与生理指标进行相关性分析;构建GA20ox1基因的植物表达载体,利用农杆菌介导法将山药GA20ox1基因导入烟草植株中。主要研究结论如下:（1）以不同的浓度的赤霉素喷施山药地上部,筛选得到200 mg/L为最佳处理浓度,该浓度的赤霉素喷施山药叶片提高了其净光合速率、蒸腾速率、气孔导度,维持了叶绿素含量,降低了胞间CO2浓度,使光合能力增强,利于地上部干物质积累,从而促进早期营养生长,为后期生殖生长提供物质基础。（2）外源赤霉素对块茎膨大的影响与处理浓度有关。100 mg/L、200 mg/L处理显著增加了赤霉素含量、蔗糖含量、淀粉合成酶活性、淀粉酶活性,且内源赤霉素含量与淀粉合成酶活性、蔗糖合成酶活性呈极显著正相关;200 mg/L比100 mg/L处理效果要好,300 mg/L处理作用效果降低;结果表明,200 mg/L赤霉素可以影响淀粉合成相关酶的活性,并可能通过调控淀粉合成关键酶的活性来调控淀粉合成,最终促进块茎膨大。（3）克隆了GA20ox1的ORF长度为1 152 bp,共编码383个氨基酸,对其与石斛等10种植物的氨基酸序列比对发现,山药的Do GA20ox1与几内亚薯蓣的氨基酸序列相似度较高,都具有20G-Fe（Ⅱ）oxygenase保守结构域。克隆了GA20ox1与c DNA对应的g DNA序列,长度为1 499bp,包含4段外显子和3段内含子。（4）在烟草叶表皮细胞中瞬时表达表明,山药Do GA20ox1蛋白定位于质膜。（5）将Do GA20ox1基因转入烟草,PCR检测结果表明Do GA20ox1基因已转入到烟草的基因组中,RT-PCR检测结果表明该基因在转录水平表达。（6）经外源赤霉素处理后,与对照相比,Do GA20ox1基因的表达受到抑制,在山药块茎中表现为下调,并且与内源赤霉素含量呈显著正相关,与内源脱落酸含量呈显著负相关,受外源GA处理次数及浓度的影响,结果表明内源赤霉素含量升高,抑制Do GA20ox1基因上调表达,从而促进山药块茎的膨大。