贝母(Fritillaria L.)是百合科贝母属的多年生球根植物,具有重要的药用价值和观赏价值。本研究通过对我国新疆地区野生贝母资源的收集,记录了 7个重要野生种的生物学特性与采集地的地理参数,并分析了其园林应用价值;通过对国内外引进的18个贝母品种(种)进行引种栽培、适应性评价与离体快繁技术研究,筛选出6个适宜北京地区露地栽培的早花种类,建立了伊贝母(F.pallidiflora)等5个种的离体快繁体系;通过对隶属于三个亚属(聚花亚属、贝母亚属、多花亚属)的9个种的细胞学观察,确立了其染色体核型公式,构建了核型模式图,分析了其亲缘关系;通过对隶属于四个亚属(聚花亚属、单鳞亚属、贝母亚属、多花亚属)的16份贝母样本的形态学研究,记录了花粉粒的主要性状指标参数与花粉表面纹饰特征,为研究其系统进化、品种鉴定等提供了孢粉学依据;最后,以伊贝母为研究对象,通过形态学观察、生理指标测定和RNA-seq技术,研究其花芽分化的内在机理,从转录组水平和microRNA水平解析基因的调控机制,为解析伊贝母花芽分化机理与花期调控技术的应用、种球生产等奠定了理论基础。主要研究结果如下:(1)新疆野生贝母资源收集、引种栽培研究。对新疆塔城地区7个野生贝母的自然生境、生物学特性进行了记录,初步分析了野生资源的园林应用价值;对国内外引进的18个贝母品种(种)进行了引种栽培与适应性评价,筛选出了6个适宜在北京地区推广应用的种类,分别为皇冠贝母’极点鲁特’、’极点露波拉’、’总理’;波斯贝母’阿德亚曼’、’象牙钟’及国内的伊贝母。(2)贝母的离体繁殖技术研究。建立了伊贝母等5个种的离体快繁体系,其中皖贝母愈伤组织的增殖系数最高可达3.15;浙贝母平均每个外植体最高可诱导产生11.3个小鳞茎;黄花贝母不定芽诱导增殖最高可达7.6个,增殖系数达1.81;伊贝母小鳞茎的诱导效率最高可达83.33%;波斯贝母的种子在MS+30 g/L蔗糖的培养基上就可萌发,比露地直接播种要早近两年的时间。(3)基于染色体核型与花粉粒超微结构分析的遗传学研究。采用常规压片法对3个亚属的9个贝母种进行了染色体核型观察,结果发现贝母多为二倍体,只有亚述贝母为三倍体,除伊贝母、托里贝母和大白花贝母的核型为2B型外,其余种质全为3B型。利用扫描电镜对4个亚属的16个贝母属植物的花粉形态观察后发现,花粉粒多为超长球形,两侧几乎对称,具有单沟萌发孔,沟长几达两极,极面观呈近圆形,赤道面观长椭圆形;表面多为网状纹饰;网艮明显大于或者略大于、近等于网脊的宽度;网脊由单行、双行或多行颗粒组成,宽度不一。对贝母属植物的花粉活力测定后发现,伊贝母的花粉活力最高;较为有利的萌发培养基为1 g/L的硼酸+150 g/L的蔗糖,适宜的贮藏条件为-20℃的干燥环境。综合细胞学的研究结果发现,同一亚属内的贝母种类具有相似的核型和花粉形态,其亲缘关系相对较近,花粉形态较为规则,网状纹饰明显的种类其花粉的活力或萌发率相对较高。(4)伊贝母花芽分化时期的确定。伊贝母花芽分化需在25/18℃,12h/d的条件下沙藏约80天完成,可划分为6个阶段:未分化期、苞叶原基分化期、花原基形成期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期。在这一过程中,花芽内可溶性糖和蛋白的含量呈现先上升后下降的趋势,分别在花瓣原基分化期和雄蕊原基分化期达到最大值,淀粉含量则在雄蕊原基分化期降到最低值;各激素含量除GA含量变化不明显外,其余三种均在花瓣原基分化期处于一个低谷值,而其相对含量则呈现动态变化状态,无明显规律。于是通过RNA-seq技术对未分化期(F1)、花瓣原基分化期(F2)和分化完成期(F3)三个阶段进行了转录组和小RNA测序分析。(5)伊贝母花芽分化不同时期的转录组学分析。以表现良好的国产伊贝母为试验材料,构建了 3个发育阶段的转录组数据库,测序拼接后共得到74353个Unigenes,平均长度为782 bp。其中有34288(46.12%)个Unigenes得到了注释,并且有1216个Unigenes注释到了 57个转录因子家族。通过差异表达基因分析,发现在三个比较组中共有3402个基因差异表达,并对其进行了 GO、KEGG-Pathway富集分析;而只在花瓣原基分化期差异表达的基因有2645个,重点分析了与糖代谢、植物激素、转录因子、组蛋白及甲基转移酶等相关基因,此外还筛选出了与花发育相关的FPA、AGL19、TFL1、ELF3、LUG、CO、SPLs、PHYC等基因,它们在花芽分化过程中显著差异表达,说明这些基因均参与了伊贝母花芽分化过程,但其具体的调控功能还有待进行下一步的试验验证。(6)伊贝母花芽分化进程中microRNA的表达分析。对microRNA的测序结果进行分析后,发现了 98个已知的miRNA,预测得到195个新的miRNA。对得到的285个miRNA进行靶基因预测后得到2816个靶基因,预测到4288个靶基因位点。GO富集分析发现它们主要富集在代谢过程、细胞过程、催化活性、细胞部分、细胞等;KEGG富集分析发现它们主要富集在碳代谢、氨基酸的生物合成、内质网上的蛋白加工等代谢过程中。对差异表达microRNA进行分析后发现,只在花瓣原基分化期差异表达的已知microRNA和新microRNA分别有36个和61个,其中包括miR156、miR157、miR165、miR167、miR169和miR319,它们可能在伊贝母的花发育中发挥着重要的调控作用,但其具体功能还待后续的验证与分析。通过转录组和microRNA的贯穿分析,发现11个差异表达的microRNA靶向负调控着19个mRNA,这些基因可作为进一步研究的候选基因重点关注。综上所述,本研究为贝母属植物的园林应用、离体繁殖、系统进化、花发育分子机理的解析等提供了理论和实践依据,同时也为我国贝母属植物资源的开发利用奠定了基础。