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木薯（Manihot esculanta Crantz）是世界三大薯类作物之一，也是热带、亚热带地区重要的热能来源，为全球6亿多人口提供基本的食物。国家制定的“十一五”再生能源发展战略和新颁布的国家可再生能源法中，将玉米、木薯和甘蔗列入未来生产燃料酒精的主要原料。高生物量（即淀粉产量）是木薯生产燃料酒精的基本要求，但生产上高淀粉量的木薯育种材料极其匮乏，加之该作物的遗传背景复杂，用常规育种方法培育高淀粉含量的木薯品种不仅耗时耗能且难度极大。所以，如何提高块根淀粉含量是木薯生产中亟待解决的问题。腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase，AGPase）是高等植物淀粉生物合成过程中的限速酶，抑制它的活性将导致淀粉合成的部分或全部终止。因此，提高AGPase活性以促进还原糖向淀粉合成方向的转化，是提高木薯淀粉含量实现品种改良的重要途径，可为生产燃料乙醇提供充足的工业原料。本研究从大肠杆菌JM109菌株中克隆了AGPase编码基因glgC，通过三轮PCR对其进行定点突变，成功实现了第336位氨基酸由甘氨酸到天冬氨酸的改变，从而得到第886位核苷酸由A→G（自发突变所致）和第1007位由G→A双突变的glgC336基因，旨在用这种对变构调节不敏感的AGPase基因转化木薯以提高其块根淀粉含量。原核表达比较分析表明，突变后的glgC336基因在大肠杆菌中的表达量明显高于突变前的表达量，并且用终浓度1.0mmol／L的IPTG诱导3h时表达量达到了最大，重组蛋白表达量占菌体蛋白总量的77.3％。为了验证所构建的组成型植物表达载体pCB-C336的可用性以及衡量在待转化木薯中的可能表现，本研究将AGPase编码基因glgC336定向连接在受体质粒pCAMBIA2301载体上构建植物表达载体pCB-C336，转化烟草获得转基因植株。经GUS组织化学染色、PCR以及RT-PCR鉴定证实，该基因已导入烟草基因组中。将其移栽于温室生长45d时测定淀粉含量，结果显示，转基因烟草比非转基因对照淀粉含量平均增加了13.1％。但进一步跟踪观察发现，AGPase的组成型表达影响了植株不同组织间的源库和沉积关系，致使生长发育受阻。由此说明该载体不可用于木薯的遗传转化研究。通过综合研究多个影响因素，建立和优化了木薯的两大再生体系，即体细胞胚胎发生途径再生体系和器官发生途径再生体系。实验结果表明，在供试的6个木薯品种中，‘华南8号’胚状体诱导率最高，为65％，而‘华南7号’最低，仅为24％；以其侧芽茎尖为最佳外植体，诱导初生胚状体的最优培养基配方为：MS+0.5mg／LCuSO4+4mg／L 2，4-D。对木薯器官发生途径再生体系而言，以‘华南8号’成熟2周的胚状体子叶为最佳外植体，添加6mg／L的AgNO3不但可以抑制愈伤组织的产生，而且对不定芽发生具有很大的促进作用；另外，用麦芽糖代替蔗糖也可大大提高不定芽发生频率和植株再生频率。通过研究外植体材料发育状态、Kan敏感性、预培养时间、共培养时间、农杆菌菌液浓度、浸染时间以及基因枪轰击距离、轰击次数等因素对木薯转化效率的影响，分别建立和优化了木薯的两大遗传转化体系（农杆菌介导法和基因枪转化法）。确定成熟2周的木薯胚状体子叶为最佳外植体，15mg／L Kan为不定芽诱导最适宜选择压力，在转化苗诱导生根阶段，利用10mg／L Kan进行选择比较适宜。另外，对农杆菌介导法而言，将子叶外植体在添加200μmol／LAS、OD600为0.4的农杆菌GV3101菌液中浸染30～45min，共培养3～4d后转接于不定芽选择诱导培养基上便可获得最高的相对转化效率。对于基因枪转化法，也是以成熟2周的木薯胚状体子叶为外植体，采用6cm射程，轰击1次的相对转化效率最高。利用块根特异表达启动子，构建了块根特异型植物表达载体pSP-C336，通过农杆菌介导和基因枪转化两种转化方法对木薯进行了遗传转化，共获得转化抗性再生植株25株，表型全部正常。经PCR检测和Southern blot鉴定证实，其中有19株glgC336基因已经整合进其基因组中。通过RT-PCR检测和Northern杂交分析，其中有14株glgC336基因已经在转录水平上得到表达。AGPase活性和淀粉含量测定结果显示，与野生型对照相比，有10株的AGPase活性和淀粉含量都有不同程度的增加。AGPase活性增加范围介于1.39～35.54％，其中T2、T5、T9和T13四株的AGPase活性与对照相比呈显著性差异：而淀粉含量只有T5、T9和T13三株的与对照差异显著，分别提高了1.46、1.21和1.59个百分点。这为高淀粉含量木薯新品种（或种质）的培育奠定了基础。