老芒麦（Elymus sibiricus L.）是青藏高原最重要的乡土草种之一,抗逆性强、品质佳使老芒麦成为高寒草地生态修复的主推品种和绿色有机产品输出地建设的重要载体。青藏高原丰富的野生老芒麦种质资源是优异老芒麦种质资源挖掘、主栽品种改良和新品种培育的重要种质资源储备库。然而,随着老芒麦生长年限增加,穗部性状退化直接造成种子产量降低,成为老芒麦资源可持续利用的瓶颈。筛选穗部表型性状优良的老芒麦种质,明确穗部发育机理可以为解决老芒麦种群生产机能退化、提升种子产量提供理论依据。基于此,本研究选取青藏高原不同生态区的53份老芒麦种质为试验材料,利用分子标记和穗部表型多样性研究,比较供试老芒麦种质遗传背景和穗部形态变异,建立以穗部关键性状差异为标准的老芒麦穗型分类新标准。同时,以密穗型和疏穗型老芒麦为供试材料,系统比较不同穗型老芒麦关键酶活性、激素和糖类含量差异,明确不同穗型老芒麦种子形成过程的关键生理过程。另外,利用转录组技术挖掘老芒麦穗部性状发育的关键基因和调控途径,旨在为老芒麦穗型分类研究、穗部性状改良及其种子产量提升提供理论依据。主要研究结果如下:1.基于SSR分子标记评价53份老芒麦种质遗传变异和遗传结构,结果表明7对引物中6对具有较高的多态性,单个位点在53份老芒麦样本间多态性信息含量变异范围为0.055～0.862,平均为0.566;Shannon’s信息指数平均值为1.348,观测杂合度和期望杂合度分别在0.019～0.956和0.055～0.873之间,53份老芒麦种质表现出较丰富的遗传多样性。群体遗传分析表明群体遗传距离变异范围为0.029～0.479,Nei’s遗传一致性在0.796～0.972之间。群体固定系数平均值为0.288,平均基因流为1.085。群体间和群体内变异占比分别为1.575%和98.425%,表明海拔梯度不同的53份老芒麦变异主要发生在群体内,其中海拔介于2400～2800m和2800～3150 m的两个群体亲缘关系相对更近。2.穗部形态多样性分析表明53份老芒麦材料间表型性状差异极显著,两年的试验数据结果基本一致。13个穗部性状和种子产量变异系数介于8.23%～27.54%,变异系数＞20.00%的指标为:单序籽粒数、单序籽粒重、着粒密度、穗质量指数、单穗干重和单株种子产量。相关性分析表明穗长、小穗数、小穗长、种子长/宽、单序籽粒数、单序籽粒重和穗质量指数与单株种子产量显著正相关。通径分析将13个性状按其对种子产量的作用分为4个层次,种子长/宽、穗长和单穗干重作为一级因子,对种子产量具有正向直接作用;同时,受其它层次性状的直接或间接影响。综合通径分析、主成分和灰色关联度分析,单穗干重、单序籽粒重、穗质量指数、单序籽粒数和着粒密度是影响老芒麦种子产量的关键性状。3.结合老芒麦材料田间表现综合考量,可选择以单穗干重、着粒密度和穗质量指数为老芒麦穗型分类基本依据,同时,结合采用K-means聚类法和老芒麦种质田间表现特征,建立了适合青藏高原老芒麦的穗型分类标准。依据单穗干重可划分为轻穗型、中穗型和重穗型三类;依据着粒密度可划分为疏穗型、半密穗型和密穗型三类;依据穗质量指数可划分为细长穗型、匀称穗型和大穗型三类。不同穗型的小穗数、单序籽粒数、单序籽粒重、着粒密度、单穗干重和穗质量指数存在显著差异,且重穗型、密穗型和大穗型的单株种子产量显著高于轻穗型、疏穗型和细长穗型。综上所述,青藏高原地区种用型老芒麦种质选用应以重穗型、密穗型和大穗型种质为主。4.密穗型老芒麦种质“16-118”小穗长、小穗数、单序籽粒数、着粒密度、单序籽粒重、单穗干重、千粒重及单株种子产量均优于疏穗型种质“10-005”。密穗型老芒麦旗叶和穗部光合能力显著高于疏穗型老芒麦,淀粉积累量更高;灌浆期两份材料籽粒内源激素变化明显,主要表现为玉米素含量呈先增后降、生长素和脱落酸递增,赤霉素持续降低的变化趋势。5.采用转录组测序技术对密穗型和疏穗型老芒麦幼穗发育关键时期（双棱期、小穗突起期和小花突起期）的幼穗组织差异表达基因进行分析。结果表明:与双棱期相比,密穗型老芒麦小穗突起期中有2486个上调和3354个下调基因,疏穗型中共鉴定出2407个上调和3119个下调基因;与小花突起期相比,密穗型老芒麦小穗突起期中上调和下调基因分别为4193和4989个,疏穗型老芒麦小穗突起期中上调和下调基因则分别为7869和7743个。KEGG注释表明上述DEGs主要富集在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢和植物激素信号转导等通路。进一步分析表明,Dof、ERF、C2H2、BBR＿BPC、BSE1、MYB＿related、LBD和MYB等多个关键TFs在调控幼穗分化中发挥重要作用,它们直接或间接调控下游基因的表达,激活碳水化合物和激素信号传导途径,从而调控幼穗发育。