甘蔗是中国第一大糖料作物,甘蔗糖占我国食糖总产量90%以上,而我国甘蔗种植面积80%以上为丘陵旱地,蔗区农业水利条件较差,降水不均衡,土壤保水能力差,每年都面临不同程度干旱威胁。选育抗旱性强、水分利用率高的甘蔗品种是我国甘蔗糖业可持续发展的重要保证,但由于甘蔗遗传背景复杂,通过常规杂交育种方法进行甘蔗遗传改良所需周期比较长,亟需其它辅助手段解决甘蔗抗旱性问题。本研究选用甘蔗品种桂糖21号(GT21),比较在进行水分胁迫和胁迫加喷施外源脱落酸(ABA)处理条件下,甘蔗叶片内相关生理生化变化及其与抗旱性的关系,运用基因芯片比较两处理条件下差异表达基因异同并筛选ABA诱导基因,对ABA合成及信号转导过程关键基因进行克隆及表达分析,主要研究内容和结果如下：1.以GT21为材料,研究水分胁迫及胁迫加叶面喷施ABA对甘蔗内源ABA含量及相关生理生化指标的影响,结果表明,干旱及干旱加外施ABA条件下,甘蔗内源ABA含量水平上升,但干旱加ABA处理增幅更显著,甘蔗叶片相对含水量随着胁迫加剧而逐渐下降,外施ABA能提高甘蔗保水能力。水分胁迫下,甘蔗叶内脯氨酸、可溶性蛋白、H2O2、丙二醛(MDA)含量增加,ABA处理能使渗透调节物质含量处于更高水平,并降低MDA含量,缓解其积累给细胞带来的伤害。水分胁迫及ABA处理均能提高GT21叶片中IAA含量而降低GA含量。ABA处理能防止叶绿素降解并对干旱引起的最大光能转化效率(Fv/Fm)、最大光化学效率(Fv’/Fm’)、光系统II实际量子效率(PS2)下降有明显缓解作用。在干旱条件下,H2O2积累伴随着抗氧化系统相关酶CAT、GPX、GR和APX活性提高,ABA处理能进一步提高上述酶活性而使活性氧清除能力得到增强,表明在干旱条件下,外施ABA处理能增强甘蔗抗氧化防护系统,从而提高其抗旱性。2.以已发表的NCED蛋白序列保守区域为模板,设计简并引物,运用RT-PCR方法,从GT21中克隆得到NCED基因序列表达标签后,采用RACE-PCR技术,扩增出该基因全长cDNA序列并命名为SoNCED。序列分析表明SoNCED全长2521bp,包含长度为1827bp的开放阅读框,编码608个氨基酸,推导氨基酸序列分子量65.9kDa,等电点6.04,聚类分析表明其与玉米和高梁等同属C4植物的NCED进化关系较近。生物信息学分析表明,SoNCED的N末端有典型叶绿体转运肽结构,组成其基本二级结构的α-helices、β-strands、β-propeller、与铁离子结合起催化作用的组氨酸位点,α-helices结构中富含疏水氨基酸残基等,性质高度保守。实时荧光定量PCR分析结果表明,25%PEG-6000模拟干旱胁迫处理、对照加ABA及干旱加ABA处理下,GT21叶片及根系SoNCED都随着02-产生速率升高表达量显著上升,并与ABA含量增长具有协同效应,表明SoNCED参与甘蔗叶片及根系内源ABA合成调控。3.应用安捷伦4x44K基因芯片研究水分胁迫及胁迫加叶面喷施ABA对甘蔗基因表达的影响,结果表明,ABA处理在第3、第5天差异表达基因数量均高于单施干旱处理；胁迫前期,两处理差异基因以上调表达为主,后期下调表达占多数。从ABA处理第3天的样品中筛选到231个ABA响应基因,与第5天各处理差异基因相比,其中71个基因只在ABA处理第3天表达,72个在所有处理中共表达,38个只在ABA处理第3、第5天共表达,50个只在干旱处理第5天表达。使用BlastX对上述231个基因进行功能注释,共获得有效注释信息基因173个,基因功能分类结果表明,功能未知的假定蛋白所占比例最高,约占总数10%；参与脂类代谢、信号转导,编码蛋白激酶和渗透调节物质基因所占比例次之,都约占9%；参与蛋白质代谢、ABA代谢基因约占总数的6%；与光合作用、碳水化合物代谢、转运蛋白相关的基因分别约占5%；其它差异表达基因参与的功能还有呼吸作用、转录因子、激素代谢、氧化胁迫、氮代谢、细胞代谢等。实时荧光定量PCR实验表明芯片实验结果是可靠和可重复的。4.以芯片实验基因筛选结果为参考,应用RCAE技术扩增出与水稻中非酵解型蛋白激酶基因SAPK3同源性极高的甘蔗基因全长cDNA并命名为SoSnRK2.1。序列分析表明,该基因全长cDNA为1385bp,开放阅读框长为1002bp,编码333个氨基酸,并与其它物种SnRK2基因具有很高同源性,聚类分析显示该基因属于SnRK2家族第一亚家族。预测SoSnRK2.1分子量为37.8kDa,等电点为5.54,是亲水性非跨膜蛋白质,在第5-261位氨基酸之间存在蛋白激酶保守催化域,分别具有11、3和8个潜在丝氨酸、苏氨酸、络氨酸磷酸化位点,二级结构中以环状结构所占比例最大。实时荧光定量PCR结果显示该基因在甘蔗叶片中受ABA及水分胁迫诱导表达,与ABA含量有着协同增长关系,推测其在叶中起着ABA信号转导作用；根系中不同处理该基因表达整体呈下降趋势,推测与ABA信号转导通路冗余性相关。