彩色马蹄莲为天南星科马蹄莲属(Zantedeschia)多年生草本植物,因其具有色彩丰富的马蹄形佛焰苞而得名。其颜色艳丽,形态高雅,深受人们喜爱。但与其他植物相比,马蹄莲的栽培技术较为困难。而天南星科其他属植物具有生长速度快,易栽培管理等特点,如白鹤芋属、花叶芋属、花叶万年青属、蔓绿绒属等。但缺乏彩色品种,多以观叶为主,培育彩色苞叶新品种可以提高其观赏价值。合理利用彩色马蹄莲色彩丰富的优点,分析其花色形成关键基因的功能,可以为通过基因工程技术改良其他天南星科植物的花色提供新的途径。本研究通过对不同颜色彩色马蹄莲苞片组织显微结构观察、色素含量测定和类胡萝卜素合成关键基因表达水平分析,明确了彩色马蹄莲中黄色、橙黄色呈色色素为类胡萝卜素,LCYB基因对其合成具有重要作用。进一步从黄色马蹄莲佛焰苞中克隆得到ZeLCYB基因,分析了其序列特征,构建了正义表达载体并获得了转基因拟南芥,为后续天南星科观赏植物花色改良提供理论依据。主要研究结果如下:1、通过对四种颜色的彩色马蹄莲苞片组织切片进行显微观察,发现不同色素分布特征存在差异,类胡萝卜素贮存在有色体中,分布于表皮细胞和中间组织;而花青素积累于液泡中,仅分布在上、下表皮及近表皮细胞层。黄色品种苞片组织仅存在类胡萝卜素,可观察到大量黄色球形有色体分布。粉色和橙色品种苞片中因两类色素成分的分布特征和含量不同而复合形成不同颜色。紫色品种苞片组织上、下表皮积累花青素的细胞层数最多,有3-5层,且分布紧密,从而呈深紫色。2、对四种颜色的彩色马蹄莲苞片组织进行色素含量测定,发现黄色和橙色品种苞片组织中类胡萝卜素含量显著高于粉色和紫色品种且黄色品种类胡萝卜素含量最高。有色体是类胡萝卜素合成和贮存的主要场所,通过对不同颜色的彩色马蹄莲苞片组织结构观察和色素含量测定分析,明确了彩色马蹄莲苞片中黄色色素成分为类胡萝卜素。3、对四种颜色的彩色马蹄莲佛焰苞中类胡萝卜素合成途径的关键基因PSY、PDS、ZDS、LCYB进行半定量和荧光定量检测,分析发现LCYB基因表达量明显高于其他基因,且在黄色马蹄莲中LCYB基因表达水平与其他品种存在极显著差异。因此推测LCYB基因是影响黄色马蹄莲佛焰苞呈亮黄色的关键基因之一。4、从黄色马蹄莲佛焰苞中分离得到1个LCYB基因,命名为ZeLCYB。其开放阅读框全长为1497bp,编码498个氨基酸。通过蛋白质氨基酸序列分析,发现ZeLCYB蛋白质序列包含LCYB功能保守域和NAD(P)/NAD(P)(+)结合域。彩色马蹄莲ZeLCYB蛋白质序列与其他植物同源性均较高。5、进一步构建了 pCAMBIA1302-ZeLCYB-overexpress载体,并转入农杆菌。通过农杆菌介导的浸花法对拟南芥进行遗传转化,经潮霉素筛选和PCR检测,鉴定出4个转基因株系。通过半定量RT-PCR分析,证明目的基因在转基因植株中能够正常表达。