百合(lilium spp.)为百合科百合属,具有鳞茎的一类多年生草本植物,可食用、药用和观赏。欧美各国百合栽培历史悠久,从20世纪初便开展育种工作,以增强其观赏特性,使百合成为现代最具魅力的“球根花卉之王”。本研究以百合鳞茎为材料,首先从百合小鳞茎抽薹生化特性、抽薹活性生理和差异表达蛋白质等方面,揭示百合鳞茎的抽薹机理;然后应用低温层积、热激处理、激素调控、渗调处理、老熟培养等调控百合种球并分析其活力。主要研究结果如下:1.抽薹是百合鳞茎生长发育的独特需求,临界期是小鳞茎由营养生长过渡到生殖生长的关键节点。小鳞茎抽薹生理生化与差异蛋白质组学研究结果,表明百合小鳞茎抽薹发育的进程可细分为:逆境响应期一后熟生理期—低温诱导期—缓慢抽薹期—快速抽薹期—花芽抚育期,其中抽薹临界点处于低温诱导期和缓慢抽薹期之间。2.百合小鳞茎抽薹过程中的活性氧指标分析结果发现,在低温处理下,小鳞茎的呼吸强度陡降,于休眠后熟期至谷底,低温诱导期有所提升,强烈抽薹期陡升并维持高峰;脯氨酸(Pro)和MDA短时间内累积至峰值。POD的第一次跃升高峰出现在低温逆境期,进入后熟期则加速下降至低谷并维持,第二次高峰出现在低温诱导的中后期,且CAT也开始上升,并在缓慢帛薹后期双双出现下降于谷底并徘徊,表明POD和CAT出现峰值对应抽薹临界期,可作为鳞茎抽薹的活性指标。激素含量分析结果发现低温和时间层积互作影响GA、IAA、ABA含量的变化,特别是GA含量发生突出变化,促使GA发挥主效因子作用,主导植株向抽薹方向发展;抽薹前EC值跃升与休眠解除直接关联,可作为小鳞茎低温诱导后、破除休眠的生化临界指标。低温处理下,淀粉含量体现持续下降,直链淀粉先行降解,支链/直链数值处于相对稳定状态;淀粉酶和硝酸还原酶活性跌入低谷,但在后熟生理期结束时跃升,同时在低温诱导期开始持续下降,并在缓慢抽薹期低水平徘徊;可溶性蛋白含量变化复杂,抽薹前后发生剧烈变化并对氨基酸含量产生影响,游离氨基酸持续累积达到高峰值维持稳定,相对应的是低温诱导期,抽薹临界点出现在游离氨基酸高峰期阶段的中期;小鳞茎束缚水含量在低温诱导期出现跃升,并在快速抽薹到来时达到峰值,当自由水/束缚水低于2.57时休眠破除,是后熟完成的标志。因此,百合鳞茎的低温抽薹发育过程可分为两个生理反应过程,一为低温抗逆的生理响应,二为低温诱导的熟化。3.百合鳞茎抽薹过程的差异蛋白质组学研究鉴定出11个差异蛋白质点,包含2个伴侣蛋白质、4个参与能量代谢的蛋白质、1个胁迫诱导表达的cDNA产物、3个百合花中的cDNA片段和1个未知蛋白质。结果分析表明在百合抽薹过程中,参与能量代谢的蛋白质表达量受到调控,为抽薹过程重新合成储能物质,这与生理生化研究结果相一致。同时,研究发现HSP70的表达量在抽薹后显著降低,可作为低温春化植物的活力检测指标。4.不同化学和物理方法对小鳞茎的播前预处理结果表明,低温和时间层积互作影响小鳞茎活力的表达,2℃和-2℃为有效低温,层积时间135d时活力达到高峰值,-2℃处理更有效的保存了小鳞茎活力,小鳞茎完全解除休眠的低温层积至少需要90d以上。热激(35℃-40℃)预处理改善了小鳞茎活力的表达,处理温度的高低和处理时间的长短影响小鳞茎活力,且温度的作用大于处理时间,经过最优热激处理后小鳞茎活力能够得到充分提高,37℃处理3h小鳞茎活力最高。激素渗透处理也有助于小鳞茎活力的表达,单个和复合激素处理对百合小鳞茎在低温层积条件下活性表达产生促进作用,GA3处理可以显著提高小鳞茎活力指数,含有 GA3 的复合配方作用更明显,IAA(100mg/L)+6-BA(100mg/L)+GA3(50mg/L)是处理的最佳方案。PEG渗调处理促进小鳞茎活力的表达,PEG渗调处理与低温层积起互作效应,用30%PEG处理3h取得的效果最优。不同规格的小鳞茎其活力表达存在差异。不同大小鳞茎的活力指数差异达到极显著水平,并与低温层积的互作效果显著;3-4g以上小鳞茎发芽率能满足生产要求,随着鳞茎重量的增加,活力指数明显递增。不同繁殖途径的小鳞茎其活力表达存在差异,珠芽、分生鳞茎和扦插的小鳞茎成熟度好,整体活性生理指标表现好于试管鳞茎;珠芽和分生鳞茎质量最好,其次是扦插小鳞茎,而试管鳞茎无后熟经历;鳞茎扦插是现阶段实现小鳞茎工厂化繁殖的首选方式。不同老熟处理的小鳞茎活力表达存在差异,通过小鳞茎老化培养可以有效改善小鳞茎的活力,老化培养在5.5个月以上的小鳞茎,发芽率和活力指数都能长时间保持在一个较高的水平,培养周期和低温层积对小鳞茎指数活力互作显著,采用试管结鳞茎并进行充分老化培养,超过5.5个月以后才能适用。不同变温回缩处理的小鳞茎活力表达存在差异,不同温度处理对小鳞茎的活力指数变化和发芽率产生显著影响。各处理发芽率的总体趋势相同,呈现“Z”型上升趋势,后期各处理活力指数呈现“∧”变化趋势,最高活力点出现在135d的强烈抽薹期,其中15-25℃维持高活力的时间范围最长,表达的水平高。本文探讨了百合鳞茎抽薹的生理生化与分子机理,分析了诱导小鳞茎活力表达的化学和物理处理方法,同时对试管小鳞茎的老熟培育做了技术优化,为操纵百合鳞茎的抽薹、也为调控鳞茎活力以获得高质量开花种球的实践提供理论指导。