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苦荞（Fagopyrum tataricum）是一种药食同源作物,具有较高的开发利用价值与良好的发展前景。种子是荞麦的主要食用部分,种子的主要营养物质是淀粉,淀粉的含量和性质直接影响荞麦产品加工品质和口感。然而,目前苦荞淀粉含量的测定方法还不够精确,同时,苦荞淀粉合成机制,尤其是决定苦荞品质和口感的直链淀粉合成机制尚不明确,这使得苦荞淀粉研究大大滞后。颗粒结合淀粉合成酶GBSS基因是直链淀粉合成关键基因,对荞麦GBSS基因进行研究对改善荞麦淀粉品质和性质具有重要意义。本研究首先比较和确定了一个较准确测定植物直链淀粉和支链淀粉含量的方法,然后利用苦荞基因组对苦荞GBSS进行全基因组鉴定和分析,利用实时荧光定量PCR（q RT-PCR）分析GBSS基因在苦荞不同组织和种子发育中的表达情况,从中筛选出一个在种子中表达量极高的GBSS基因,对其进行克隆和转基因功能验证。主要研究结果如下:（1）对四种常用的测定直链和支链淀粉含量的方法（单标单波长比色法、单标双波长比色法、双标单波长比色法、双标双波长比色法）从准确度、精密度、样品测定方面进行了比较,发现双标双波长比色法能较准确测定直链淀粉和支链淀粉含量。双标双波长比色法的直链淀粉测定波长为597 nm,参比波长为480 nm,回归系数为0.997;支链淀粉测定波长为541 nm,参比波长为700 nm,回归系数为0.9964。用双标双波长比色法测定不同浓度直/支链淀粉标准液和三个苦荞品种（小米荞、晋荞2号、贵米苦11号）的直链和支链淀粉含量,结果在预期范围内,表明此方法能够比较准确地测出直链淀粉和支链淀粉的含量,测定的小米荞的直链淀粉含量为22.30%,贵米苦11号的直链淀粉含量为24.42%,晋荞2号的直链淀粉含量为31.88%,小米荞和贵米苦11号的直链淀粉含量差异不大,与晋荞2号相比,差异较大。（2）通过全基因组分析鉴定到5个苦荞GBSS基因,分别命名为Ft GBSS1-1、Ft GBSS1-2、Ft GBSS1-3、Ft GBSS1-4和Ft GBSS1-5。这5个基因的全长从1803 bp到1824 bp,编码氨基酸长度从600到607。5个序列的一致性在核苷酸水平为79.07%,氨基酸水平为78.54%。分析了这5个苦荞GBSS基因的结构及其编码氨基酸的理化性质和进化关系,基因结构分析表明Ft GBSS1-1基因包含12个外显子和11个内含子,Ft GBSS1-2基因包含13个外显子和12个内含子,Ft GBSS1-3基因包含12个外显子和11个内含子,Ft GBSS1-4基因包含13个外显子和12个内含子,Ft GBSS1-5基因包含10个外显子和9个内含子;理化性质分析表明5个苦荞GBSS蛋白质的疏水性值均为负值,说明苦荞GBSS蛋白属于亲水性蛋白;进化分析结果表明Ft GBSS1-1、Ft GBSS1-2和Os GBSS1、Ta GBSS1、Sb GBSS1、Zm GBSS1聚类在同一分支上,Ft GBSS1-3、Ft GBSS1-4、Ft GBSS1-5和At GBSS1、Cp GBSS1、Sl GBSS1、St GBSS1、Nn GBSS1、Ad GBSS1聚类在同一分支上,其中Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2与Os GBSS1的亲缘关系最近,Os GBSS1主要控制种子直链淀粉的合成,说明Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2可能参与种子直链淀粉的合成。（3）为明确5个苦荞GBSS基因的组织特异性,以直链淀粉含量差异较大的贵米苦11号和晋荞2号为材料,检测5个苦荞GBSS基因在贵米苦11号和晋荞2号根、茎、叶、花以及种子中的表达情况。在贵米苦11号的不同组织中,Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2在种子中的表达量最高,Ft GBSS1-3在叶中表达量最高,Ft GBSS1-4在茎中表达量最高,Ft GBSS1-5在根和花中表达量相对较高;在晋荞2号的不同组织中,Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2在种子中的表达量最高,Ft GBSS1-4和Ft GBSS1-5在花中表达量最高,Ft GBSS1-3在叶中表达量最高。表明Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2主要在苦荞种子中起作用,Ft GBSS1-3、Ft GBSS1-4和Ft GBSS1-5主要在根、茎、叶和花等部位起作用。在苦荞种子发育过程中,Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2的表达量在贵米苦11号种子发育的灌浆后期高于灌浆中期,在晋荞2号种子发育的灌浆后期低于灌浆中期,Ft GBSS1-1和Ft GBSS1-2在灌浆中期和后期的高表达可能参与了苦荞直链淀粉合成,是决定苦荞成熟种子直链含量的主要因素。（4）由于苦荞目前还没有稳定的遗传转化体系,构建Ft GBSS1-2植物过表达载体,转入拟南芥和水稻,对其进行功能验证。在转基因拟南芥中,共鉴定到8个阳性株系,转基因拟南芥的Ft GBSS1-2基因的表达量都显著高于野生型拟南芥,然而我们发现,拟南芥中的淀粉主要以支链淀粉的形式存在（含量约45～48%）,直链淀粉含量极低（含量约0.8～1.4%）,在拟南芥中转化Ft GBSS1-2基因无法很好地解释该基因功能。在转Ft GBSS1-2基因水稻中,共鉴定到27个阳性株系,测定了其中5个转基因株系的淀粉含量,发现5个转基因水稻的直链淀粉含量显著高于野生型水稻,支链淀粉含量显著低于野生型水稻,总淀粉含量低于野生型水稻,表明转入的Ft GBSS1-2基因能促进水稻直链淀粉合成,从而提高转基因水稻的直链淀粉含量。