在强光环境条件下，植物吸收光能会超过光合能力，这部分光能不能用于光合电子传递而主要以热的形式耗散。玉米黄质能够帮助植物释放多余的能量，减少自由基的形成，抑制了光氧化，起到光保护的作用。β-胡萝卜素羟化酶（BCH）是玉米黄质生物合成上游的关键酶之一，编码该酶的基因（BCH）过量表达可增强植物抵抗强光胁迫的能力。本研究以毛竹（Phyllostachys edulis）为实验材料，在分析叶片叶绿素荧光动力学的基础上，分离β-胡萝卜素羟化酶基因，研究其时空表达模式，并通过在拟南芥（Arabidopsisthaliana）中异位表达来验证其功能，以期从分子水平上揭示β-胡萝卜素羟化酶基因在毛竹光破坏防御机制中的作用，为采用基因工程手段培育抵抗强光胁迫的植物新品种提供参考。主要研究结果如下：第一，基因的生物信息学分析。以玉米BCH1（GQ131287）基因为诱饵，采用同源比对方法从NCBI数据库中得到1个BCH基因的同源序列（FP098087），命名为PeBCH。该基因的全长1385bp，5′和3′非编码区的长度分别为37bp和421bp，编码区的长度为927bp，编码一个308aa的蛋白，推断其分子量为33.8kD。蛋白分析表明，PeBCH编码的蛋白具有四个跨膜螺旋区，二级结构存在无规则卷曲、延伸链和α螺旋三种结构，三级结构比较稳定，为可溶性的蛋白。PeBCH蛋白中含有10个保守的组氨酸残基，这些组氨酸残基形成了2组“HXXXXH和HXXHH”模体，而且该蛋白中还具有β-胡萝卜素羟化酶家族中的特征结构域PD095142和PD011050。第二，基因编码区及对应的基因组序列的克隆。分别以毛竹cDNA和基因组DNA为模板，克隆PeBCH的编码区及其对应的基因组序列。结果表明，编码区序列与FP098087完全一致，其对应的基因组序列长1566bp，包含6个外显子和5个内含子。第三，基因的时空表达分析。采用RT-PCR和实时荧光定量PCR技术，分析PeBCH基因在毛竹不同组织中以及不同光照条件下叶片中的表达情况。结果表明：PeBCH基因在毛竹的根、茎、叶、鞘和节中均有表达，为组成型表达模式，其中在叶片中的表达丰度最高，在根中的表达丰度最低；在不同的光照条件下（100μmol·m-2·s-1、300μmol·m-2·s-1、500μmol·m-2·s-1、1000μmol·m-2·s-1、1500μmol·m-2·s-1），随着光强的增加，叶片中该基因的表达丰度呈现先升高后降低的趋势，在光强为1500μmol·m-2·s-1时PeBCH基因的表达明显受到抑制。第四，毛竹叶片叶绿素荧光参数测定。采用叶绿素荧光技术，测定了毛竹实生苗叶片在不同光照强度下NPQ、ETR和Y(Ⅱ)的变化规律。结果表明：在不同的光照（100μmol·m-2·s-1、500μmol·m-2·s-1、1000μmol·m-2·s-1、1500μmol·m-2·s-1）条件下，随着光强的增加，Y(Ⅱ)和ETR的值都是先升高再降低，都是在光强500μmol·m-2·s-1时达到最大；NPQ的值逐渐增大，光强1500μmol·m-2·s-1时达到最大。第五，基因在拟南芥中的异位表达。构建PeBCH基因的正义、反义植物表达载体pCAMBIA1301-PeBCH和pCAMBIA1301-A-PeBCH，分别转化模式植物拟南芥，通过潮霉素抗性筛选获得了转基因植株。RT-PCR检测表明，目的基因在转基因植株中得到表达。观察表型发现，转正义基因的植株生长健壮，转反义基因的植株较瘦弱；转正义、反义基因植株的莲座叶和抽薹的数量均增加，莲座叶数平均为21±2片，抽薹数平均为5±1个。第六，转基因植株生理生化检测。叶绿素荧光参数测定结果表明，转正义PeBCH基因植株的NPQ和Y(Ⅱ)值比野生型植株分别增加了（18.9±1.5）%、（10.7±2.0）%，转反义PeBCH基因植株的分别降低了（20.2±6.5）%、（5.7±1.2）%。色素含量测定结果表明，转正义PeBCH基因植株的类胡萝卜素、胡萝卜素和叶黄素含量比野生型植株分别增加了（26.9±4.5）%、（38.3±5.7）%、（26.9±8.5）%，转反义PeBCH基因植株的分别降低了（21.8±0.8）%、（23.0±2.4）%、（12.2±1.5）%。第七，基因的原核表达。将PeBCH基因编码全长蛋白和N端部分缺失蛋白的基因序列分别克隆到载体pET-32b中，通过酶切及测序验证获得了含有目的基因的原核表达载体pET-32b-FP-PeBCH和pET-32b-MP-PeBCH中。将两个原核表达载体质粒分别转入表达菌株（Rosetta）感受态细胞中，PCR检测证明获得了含有目的基因的阳性克隆，进行了重组蛋白诱导表达条件的初步研究。PeBCH基因作为玉米黄质生物合成的关键酶基因，在毛竹中为组成型表达模式，在叶片中的表达丰度最高，且受光照强度的调节。在拟南芥中过量表达的PeBCH基因有助于提高转基因植株抵抗强光胁迫的能力，为培育抗逆植物新品种提供了新的基因资源。