胡萝卜(Daucus carota L.),伞形科二年生草本植物,是重要的根菜类蔬菜作物。胡萝卜的主要食用器官是肉质根,其生长发育的好坏直接决定着胡萝卜的产量和品质。肉质根的形成和膨大是一个包括结构变化、物质积累和基因调控的复杂过程,这个过程直接或间接地受到植物激素的调控。目前,植物激素在胡萝卜生长发育中,特别是肉质根发育中的积累规律以及其具体的作用还不清楚,另外,在胡萝卜肉质根中,从分子生物学上揭示抗坏血酸、木质素等品质指标形成的机理还未见报道。本研究利用高通量测序技术分离和鉴定胡萝卜肉质根发育过程中的差异表达基因,探讨激素相关基因在肉质根发育过程中的转录水平变化;采用NormFinder、geNorm和BestKeeper等软件对候选内参基因的表达进行稳定性分析,筛选出用于胡萝卜发育过程中的内参基因;采用形态生理、解剖结构、细胞学、分子生物学等方法,研究内源激素、抗坏血酸和木质素在不同发育阶段的积累情况和调控机制;以肉质根为试材喷施外源赤霉素,研究赤霉素对胡萝卜肉质根生长发育和品质形成的影响。主要研究结果如下:1、以4个生长发育阶段的胡萝卜根为试验材料,进行转录组测序,共得到160,227个transcripts,32,716个unigenes,平均长度为1,453 bp。不同发育阶段共发现差异表达的unigenes 4,818个,其中87个与激素相关,激素调控胡萝卜根生长具有阶段性的鲜明特征。2、采用NormFinder、geNorm和BestKeeper 3个不同软件对9个候选内参基因(ACTIN、EF-1α、eIF-4α、GAPDH、PP2A、SAND、TIP41、TUB 和 UBQ)的表达进行稳定性分析。结果发现,候选内参基因在不同发育阶段以及不同组织内的稳定性差异较大。ACTIN是根和叶生长过程中最稳定的基因,相反,GAPDH被认为是最不稳定的基因,不适合用来作为胡萝卜内参基因。推荐ACTIN或ACTIN与EF-1α、eIF-4α、TUB和UBQ等组合作为胡萝卜发育过程中的内参基因。3、采用形态以及解剖结构等方法对胡萝卜发育的5个阶段进行了研究,测定了胡萝卜不同组织的赤霉素、细胞分裂素和茉莉酸甲酯含量,并对这些激素合成和信号途径相关的基因进行了表达分析。研究发现,这些基因均能响应胡萝卜生长发育,且一些基因的表达具有明显的组织特异性。大多数基因的表达趋势与激素含量的变化并不一致,说明激素的积累和响应可能受到复杂调控网络的调节。结果说明,赤霉素、细胞分裂素和茉莉素可能在胡萝卜生长发育过程中发挥重要作用。4、为了深入了解抗坏血酸在胡萝卜中积累的调控机制,确定其代谢调控的关键基因。以胡萝卜’黑田五寸’肉质根为试验材料,克隆了 21个与抗坏血酸相关的基因,并对其在胡萝卜肉质根发育过程中的表达进行了分析。结果表明,胡萝卜根中抗坏血酸的积累可能由复杂的调控网络进行调节,其中,L-半乳糖途径可能是抗坏血酸生物合成的主要途径。在根发育过程中,编码L-半乳糖-1-磷酸酯酶和L-半乳糖酸-1,4-内酯脱氢酶的基因转录水平与抗坏血酸含量密切相关。5、对野生型和栽培型胡萝卜5个不同发育时期的根进行取样并进行木质素测定,用组织化学染色和荧光自发等技术对木质素的分布情况进行分析,并利用转录组结果分析木质素合成相关基因和它们的表达。结果表明木质素大部分沉积在胡萝卜木质部导管的细胞壁上,胡萝卜发育过程中,木质素含量呈现连续下降的趋势,这可能与木质素生物合成相关基因表达量的降低有关。6、以胡萝卜根为研究材料,施加外源赤霉素,并对胡萝卜植株生长特别是根的生长、木质部发育和木质素积累等进行了分析。结果发现,赤霉素处理显著促进了地上部生长,但抑制了胡萝卜根的生长,木质部韧皮细胞壁也显著增厚。紫外激发下的自发荧光分析显示长时间的赤霉素处理导致这些细胞木质化。另外,赤霉素处理导致生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸和油菜素内酯等相关基因的表达模式发生变化,促进了木质素合成相关基因的表达,并导致根中木质部含量升高。这些结果说明赤霉素可能在胡萝卜肉质根木质部发育和木质化过程中发挥重要作用。