棉花是锦葵科( Malvaceae)棉属（Gossypium）的植物，是世界范围内最重要的农作物之一。棉花种子表面的棉纤维以及棉籽具有很高的经济价值。凭借着单细胞、快速伸长以及便于采收和测量的特性，棉纤维被认为是研究细胞伸长（膨大）的良好模型：棉花种子发育过程中对物质多方向运输和分配的调控，也值得人们更深入的研究；对棉花种子和纤维发育机制的研究不仅能帮助我们理解植物细胞伸长和养分分配的机制，也有助于我们更好地改良棉花品种，在农业应用上具有重要的意义。　　 种子的发育离不开韧皮部卸载的糖分。蔗糖作为种子最初的能源、碳源及重要的信号分子，其在组织中的利用需要先裂解形成己糖。这一过程受到两类催化酶的控制：蔗糖合酶和蔗糖转化酶。与蔗糖合酶可逆催化蔗糖裂解形成尿苷二磷酸葡萄糖和果糖不同，蔗糖转化酶不可逆催化蔗糖裂解形成葡萄糖和果糖，在植物器官建成、糖分运输、韧皮部卸载及调节库组织糖分构成与水平中发挥作用。　　 本论文就蔗糖转化酶在棉花种子发育早期的表达模式，以及蔗糖转化酶活性对纤维细胞伸长的影响展开系统研究，并取得以下结果：1）克隆了棉纤维中占主导地位的液泡蔗糖转化酶基因，GhVIN1，证明了其液泡定位；利用其在棉纤维中的瞬时表达沉默和过量表达，证明了纤维长度与纤维中GhVINI表达量的正相关；通过对膨压调控相关基因表达模式的比较分析，明确了GhVINI对纤维伸长起始和快速伸长的关键作用；2）通过在拟南芥中异源过表达GhVINI，我们证明了液泡蔗糖转化酶活性的提高能够促进拟南芥根细胞的生长，提示了异源表达是一种可行的利用基因工程促进根细胞生长的方法；3）揭示了液泡蔗糖转化酶促进细胞伸长的不同机制，即对纤维伸长和拟南芥根细胞伸长的促进分别通过渗透势浓度依赖和不依赖的机制起作用：4）克隆了棉花细胞壁蔗糖转化酶基因，GhCWIN1，明确了其在棉花种子发育早期的时空表达模式；展示了GhCWIN1在棉花种子早期发育的重要性，并提示了细胞壁蔗糖转化酶抑制传递细胞形成的和调控胚中维管组织分化的新功能。　　 以上结果在很大程度上解释了蔗糖转化酶在棉花纤维和种子发育中的作用，有利于提升我们对细胞伸长和种子发育的认知，并为实践应用和深入研究提供了新视野。