浮萍，作为世界上最小的开花植物，具有分布广泛、环境适应性强、生长期长、生长速度快、较高的淀粉积累量而较低的木质素含量等特性。浮萍能吸收水体中的氮、磷等营养，利用光能固定二氧化碳，在净化污水的同时产生大量高品质生物质，是一种潜在的生物能源作物。利用浮萍将污水处理与生物燃料生产相结合，对于水环境保护、碳减排、可再生能源开发均有积极意义。前期研究发现寡营养或生长调节剂处理能实现浮萍的高淀粉积累，但浮萍作为非模式植物，由于缺乏遗传转化体系，难以用常规分子生物学手段解析其代谢机制。本研究首先对少根紫萍的高淀粉积累和黄酮成分进行了分析，并采用强有力的生物信息学技术（如最新的RNA-seq和iTRAQ技术）开展了转录组和蛋白组研究，分析浮萍在不同处理条件下的全部基因表达和差异蛋白信息，以促进了解其高淀粉积累机制，也有助于其它非模式植物开展相关研究。研究内容及结果如下:　　(1)寡营养处理下浮萍淀粉积累和黄酮分析。为了充分利用浮萍的能源价值和药用价值，本研究分析了寡营养处理下少根紫萍Landoltia punctata的淀粉积累和黄酮情况。研究发现，寡营养处理后，浮萍干重和淀粉含量均明显增加。每瓶干重在7天之内增加了2.8倍。淀粉含量在7天之内，从初始干重的2.98％增加至45.36％，增加了15.2倍。每瓶淀粉绝对量从1.5 mg增加至63.5 mg，增加了42.3倍。酶活结果显示淀粉合成的关键酶ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGP)和可溶性淀粉合成酶(SSS)活性均升高，淀粉降解的关键酶中β淀粉酶显著下降。淀粉合成酶活性的显著增加，以及降解酶活性的显著下降，最终有利于淀粉积累。黄酮分析结果显示寡营养处理使得其黄酮含量增加明显，7天之内，总黄酮含量从初始的4.51％增加至5.56％，提高了23.28％。通过HPLC分离得到了17种黄酮类成分，其中有两种成分占比最大，比较分析发现寡营养处理下有7种成分增长最明显。进一步进行质谱分析并进行结构鉴定，主要为连接不同糖苷键的木犀草素和芹菜素两大类化合物。相关研究结果为后续的浮萍生物质能源领域和药用资源开发具有很好的指导意义。　　(2)寡营养处理下浮萍蛋白组分析。寡营养处理能促进浮萍高淀粉快速积累和黄酮含量增加，但相关的代谢调控却还不清楚。为了解析其响应机制，在转录组分析的基础上，我们运用iTRAQ技术对寡营养处理下的L.punctata进行了蛋白组分析。结果显示，在无全基因组序列的情况下，基于寡营养处理下浮萍的转录组数据构建一个蛋白序列数据库提高了蛋白识别。表达量分析发现，在寡营养处理后，淀粉合成通路中的一些关键酶（如AGP、GBSS和SSS）的蛋白表达显著上调，而淀粉降解及其它与淀粉合成途径竞争底物的纤维素、蔗糖及海藻糖等合成的关键酶表达量显著下调，表明寡营养条件改变了浮萍碳代谢流向，使光合作用固定的CO2更多的流向淀粉合成。在黄酮合成通路中，黄酮和木质素合成共同途径的关键酶(PAL和C4H)和黄酮合成分支的关键酶（CHS和CHI）的蛋白表达均显著上调，而木质素合成分支中的酶却没有显著变化或未识别。寡营养处理条件下的蛋白组分析为我们认识浮萍对寡营养的应答响应提供了大量的信息，有助于理解浮萍淀粉快速积累和黄酮合成的分子机制。　　(3)烯效唑处理下浮萍蛋白组分析。先前从二十多种植物生长调节剂中系统地筛选发现，烯效唑在促进浮萍生长和淀粉积累方面效果最显著。为了了解烯效唑引起的淀粉快速积累，我们对烯效唑处理的L.punctata进行了蛋白组研究。结合生理生化分析，包括激素和淀粉含量测定，进而对内源性激素合成通路和淀粉代谢通路中相关酶的表达量进行分析。结果表明:①基于烯效唑处理下浮萍转录组数据建立蛋白搜索库提高了蛋白识别。代谢通路富集分析显示与激素合成和淀粉代谢相关的通路均得到显著富集。②激素含量测定发现，烯效唑处理下脱落酸(ABA)和玉米素(ZR)中的含量升高，而赤霉素(GA)的含量降低。在所有样品中，ABA的含量最高，且随着烯效唑处理增长最明显。蛋白表达显示，大多数参与ABA生物合成途径的酶上调表达，而与GA和ZR生物合成有关的酶没有差异变化或未识别。ABA的大量增加可能在烯效唑诱导的淀粉积累过程中起主要作用。③组分分析发现，烯效唑处理后干重和淀粉含量显著增加，240 h时干重和淀粉含量分别增加了3.1倍和15.2倍。酶活分析显示，淀粉合成相关的酶活在处理后增加，降解相关的酶均只有较低的活性。蛋白表达显示，淀粉合成的关键酶AGP和GBSS均上调表达，淀粉降解的关键酶α淀粉酶在处理后下调表达，而β淀粉酶上调表达。本研究不仅有助于理解烯效唑处理后浮萍激素变化和淀粉积累，而且还突出了浮萍在生物燃料生产和废水处理方面的潜力。　　(4)寡营养处理、烯效唑处理和全营养对照下的比较转录组分析。浮萍在寡营养或烯效唑处理下均能快速实现高淀粉积累。前期转录组结果显示了淀粉代谢通路中相关酶的表达情况。在此基础上，我们转录组分析了不同时间点的对照组样品，并结合寡营养、烯效唑处理的转录组数据，对三种条件下相关酶的表达量进行了比较研究。结果发现，烯效唑处理特异地提高了CO2固定通路中最关键酶PEPC的转录表达，而在寡营养和对照组样品中则维持不变。淀粉合成通路中的一些关键酶（如AGP和GBSS）的转录表达量在两种处理下均显著上调，而淀粉降解关键酶（α-AMY和β-AMY）以及其它旁支通路的酶表达量在寡营养处理下显著下调，在烯效唑处理下低表达，在对照组随着营养消耗也下调表达。本研究利用比较组学的方法研究了不同条件下的与淀粉积累相关的酶的转录水平的异同，有助于阐释浮萍淀粉快速大量积累的一般共性分子机制。　　本研究分析了浮萍的黄酮成分、在寡营养和烯效唑处理下的淀粉积累情况，并从组分表征、酶学分析、转录组和蛋白组四个水平对不同处理下浮萍高淀粉积累相关分子机制进行了系统地解析。为浮萍进一步的能源化利用和药用资源开发奠定了良好的基础。