花青素是在植物中广泛存在的以2-苯基苯并吡喃阳离子为基元的衍生物,具有抗氧化、抗菌、抗癌,保护视觉和肝脏健康等作用。研究表明低温可以诱导植物花青素的积累,进而提高其抗逆性。目前有关谷子花青素积累的报道较少,研究低温对谷子花青素的诱导及其与低温适应性的关系,可为深入探究谷子花青素生物合成机理奠定理论基础。本文以绿叶和紫叶谷子品种为研究对象,通过对谷子苗期低温处理叶片花青素积累的表型分析和含量测定研究低温对谷子花青素的诱导作用,在此基础上比较了富含花青素的紫叶与普通绿叶谷子品种的光合作用及叶绿素含量、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛等生理指标,并进一步分析了花青素积累与谷子低温响应的相关性。同时,还通过比较秋季成熟期正常绿叶、紫叶叶温和电导率及紫叶品种来源的地域,分析花青素与谷子低温环境适应性的相关性;最后,本研究结合正常紫、绿叶转录组测序数据和谷子花青素相关差异基因的生物信息学分析预测花青素与谷子低温调控的相关性。研究结果如下:1.经过低温诱导,紫叶品种叶鞘和叶片积累花青素,而绿叶品种不积累花青素。显微观察发现谷子叶片花青素主要分布在上下表皮及临近叶肉细胞。2.低温胁迫会使谷子积累大量可溶性糖和脯氨酸,并且在紫叶品种叶片中的积累量均显著高于绿叶品种,表明谷子中花青素积累可能与其对低温逆境的适应性相关。3.低温胁迫中积累花青素的紫叶净光合速率和相对叶绿素含量显著低于绿叶,花青素与叶绿素和净光合速率成负相关;花青素与谷子叶片丙二醛的关系有待进一步验证。4.富含花青素谷子品种主要来源于东北、河北和内蒙古等冷凉气候区。总体趋势上紫叶叶温显著高于绿叶,电导率显著低于绿叶,表明花青素有利于谷子适应低温环境。5.基于正常紫、绿叶品种叶片转录组分析发现低温抗逆相关的糖和脂肪代谢相关基因、低温响应基因、WRKY家族、NAC家族、C2H2型锌指结构转录因子、赤霉素等基因在紫叶中显著高于绿叶,表明这些基因与花青素生物合成和低温胁迫耐受性相关。6.花青素代谢相关15个差异基因启动子元件分析发这些启动子序列包含一些光响应、MYB/yb、MYC/yc元件等逆境响应元件和DREc、DRE1、LTR等低温响应元件以及脱落酸、茉莉酸、赤霉素等低温信号传导和调控的重要激素,表明花青素合成调控和谷子低温应答具有紧密联系。