甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam.]是重要的粮食、饲料、蔬菜、工业原料和生物能源作物,其块根富含碳水化合物、淀粉、蛋白质、胡萝卜素、花青素、矿物质、维生素等丰富的营养物质,是甘薯在生产中主要的利用对象。甘薯块根在收获、运输、储存和加工过程中存在因创伤而褐变的现象,影响了鲜薯的商品性和加工成品的品质。目前关于甘薯褐变现象,大多是集中在抗褐变抑制剂的筛选上,对抗褐变种质资源的筛选以及影响褐变的分子机制的相关报道很少。基于此,本文开展了如下两方面的研究:（1）对本实验室甘薯育种进程中的87个新品系（含少数对照品种）褐变度值研究的基础上,结合现代产业加工需求选择21个橘黄、橘红肉色品系（种）作为进一步研究的供试材料,对块根的褐变度和褐变相关酶活性在基因型间的差异进行分析;（2）基于上述实验数据聚类筛选出易褐甘薯品系和抗褐甘薯品系各一个进行鲜切诱导处理,对其褐变过程中的外观品质和生理指标变化进行分析,同时结合RNA-Seq测序技术探究甘薯块根褐变现象,获得了可能影响甘薯块根褐变的相关通路及基因。以期为甘薯抗褐变育种的种质资源筛选和明晰甘薯块根褐变机理奠定基础。本文研究结果如下:1、甘薯块根褐变度在不同基因型间存在极显著差异,随着块根肉色的加深或干物质含量的增加,褐变越易发生,褐变度越大。甘薯块根薯肉色度值L、a*、b*、C和h°指标聚类分析和干物质含量数据分组分析把87份供试材料材料分为白肉色、淡黄肉色、黄肉色、橘黄肉色、橘红肉色、紫肉色6大类肉色群体和9个干物质含量群体。87份供试材料块根褐变度测定结果及在不同肉色群体、干物质群体等多个尺度下的多重比较结果表明褐变度不仅在基因型间存在极显著差异,而且不同肉色群体间也存在极显著差异,随着块根肉色加深,褐变越易发生、数值越大,以白肉色群体褐变度值相对最小、橘红肉色群体和紫肉色群体的褐变度值相对较大为特征。相关性分析表明薯肉褐变度BD值与薯肉色度值L显著负相关、与色度值a*显著正相关,偏相关分析表明在色度值相同或接近情况下,薯肉褐变度与干物质含量显著正相关。这为甘薯抗褐变育种过程中的品系选留和淘汰提供了参考。2、基于21个橘黄、橘红肉甘薯基因型的褐变度及其相关酶活性的聚类分析初步筛选出2份不易褐变种质资源。根据甘薯产业发展实际情况和产业当前需求,从87份供试材料筛选21个橘黄、橘红基因型进一步研究块根的褐变度和褐变相关酶（PAL、PPO、POD）活性。结果表明褐变度及相关酶活性在品种间均存在显著差异,褐变度最大值与最小值相差3.72倍,褐变相关酶PAL、PPO、POD在21个品种之间最大值与最小值分别相差8.29倍,2.36倍、3.21倍。褐变度、褐变相关酶PAL、PPO、POD活性指标的聚类分析将21个品种分为四种类型,其中第Ⅰ类重度褐变品种包含1个品种、第Ⅱ类中度褐变品种包含7个品种、第Ⅲ类轻度褐变品种包含11个品种、第Ⅳ类不易褐变品种包含2个品种。表明大部分的甘薯基因型的褐变都是处于中间水平。第Ⅰ类重度褐变品系161828可以进一步作为探究甘薯块根褐变机理的研究材料,第Ⅳ类不易褐变品系171404和173307可作为甘薯块根抗褐变的优异种质资源。3、褐变程度不同的甘薯种质在鲜切诱导贮藏期间的外观表型及生理指标存在显著差异。选择第Ⅰ类重度褐变品系161828和第Ⅳ类不易褐变品系中的173307进行鲜切诱导处理后,应用图像观察法、色差计测定法、分光光度法三种方法相结合评估鲜切薯片贮藏期间外观表型的变化。通过图像观察法从宏观和微观的角度发现褐变不仅造成易褐变资源161828鲜切薯片表型褐色斑点显著增多,而且对组织微观结构造成破坏;易褐变资源161828鲜切薯片贮藏期间明亮度L值逐渐降低,且显著低于不易褐变资源173307,两个资源的色度值a*、b*在贮藏前期无明显差异,但在1d后易褐变资源161828鲜切薯片色度值a*、b*始终高于不易褐变资源173307;易褐变资源161828鲜切薯片贮藏期间的褐变度始终高于不易褐变资源173307。161828鲜切甘薯贮藏过程中的褐变相关酶活性、酚类物质含量以及丙二醛含量均显著高于不易褐变资源173307。相关性分析表明褐变度与褐变相关酶活性,酚类物质含量以及丙二醛含量显著正相关,表明由于鲜切机械创伤的诱导,酚类物质含量增加、相关酶活性提高、薯片组织细胞膜损伤程度也在上升,易褐变资源的这些生理变化程度更加明显,更容易发生褐变。4、基于转录组测序分析获得了可能影响甘薯块根褐变的相关通路及基因。对易褐变的161828和不易褐变的173307的两个甘薯资源进行的转录组测序分析,共获得了517284668个高质量的reads,其中约83%被比对到参考基因组上,同时鉴定了38979个差异基因,富集分析表明苯丙烷生物合成途径与甘薯褐变紧密相关,以PAL为代表的苯丙烷生物合成相关基因在161828中的表达量始终高于173307,主要涉及PAL、PPO、POD三大基因家族的58个差异基因以及在苯丙烷生物合成途径中显著上调的20个基因,这些基因可能参与了鲜切甘薯的褐变过程。同时,经过荧光定量PCR验证转录组测序结果可信。对这些褐变相关基因的初步探索为抗褐变品种的选育奠定一定的理论基础,有助于在分子水平上对甘薯品种进行遗传改良。综上所述:本文对本实验室甘薯育种进程中的87个新品系（种）褐变度的研究表明随着甘薯块根肉色的加深和干物质含量的积累,块根易于发生褐变现象。在21个橘肉色基因型中发掘了2份不易褐变甘薯种质资源173307和171404。甘薯块根褐变与PAL、PPO、POD酶活性、酚类物质含量极显著正相关,褐变进程中丙二醛含量显著增加。RNA-Seq测序分析表明以PAL为代表的苯丙烷生物合成的78个相关基因可能参与了鲜切甘薯的褐变过程。本研究不仅为甘薯抗褐变育种筛选了2份抗褐变种质资源,其结果还为甘薯块根褐变的分子机制的进一步研究奠定了基础。