植物的次生代谢物质，主要包括酚类、萜类、黄酮类、生物碱等，又称为化感物质，在植物与植物、植物与微生物、植物与昆虫之间扮演重要的角色。水稻(Oryzasativa L.)是最重要粮食作物之一，确定水稻的化感物质不仅有助于了解水稻的化感作用特性，而且可以有助于水稻的抗草育种。自从报道了在自然条件下水稻根系分泌的酚酸可能达不到抑制杂草的浓度，稻壳酮被认为是最重要的水稻化感物质。但是在复杂的土壤环境中，确定某一个化感物质的真实浓度和化感作用强度非常困难。通过现代基因工程技术有选择性的控制特定化感物质的生物合成，将有可能确定稻壳酮是不是水稻的主要化感作用，并且可以研究稻壳酮在水稻抗病和抗虫中的生态学功能。　　基因的超表达是基因功能研究的常用方法。采用基因的超表达是通过导入一个或几个与内源基因同源或异源的基因，以增强原有代谢产物的表达，达到该内源基因转录产物的积累。水稻OsKS4基因是稻壳酮合成过程中一个关键基因，编码产物是9β-海松-7，15-二烯合酶，本研究利用超量表达技术，过量表达OsKS4基因，从而研究稻壳酮与水稻化感作用及其抗性的关系。主要结论如下：　　1.选用在单子叶植物中活性极强的玉米ubiquitin启动子驱动转基因的表达载体pCXUN，利用零背景TA克隆系统(zero background TA cloning system)高效快捷，只需要一步就可以构建植物表达载体。首先从GeneBank数据库获得OsKS4基因的全长cDNA序列，设计引物扩增其ORF(开放阅读框)，同时甩XcmⅠ酶切载体pCXUN从而形成线性载体，与上述PCR产物在T4 DNA连接酶作用下连接反应，将连接产物转化到制备的大肠杆菌DH5α感受态细胞中，卡那霉素抗性平板筛后挑选阳性克隆，经菌液PCR鉴定、质粒DNA BamHI酶切鉴定和测序鉴定，均证明重组质粒含有OsKS4基因序列的ORF，植物过表达载体Ubi：：OsKS4构建成功。　　2.通过冻融法成功将质粒Ubi：：OsKS4转化到制备的农杆菌EHA105感受态细胞中。以水稻成熟去壳种子为受体，通过针刺注射农杆菌液、真空渗透、暗培养6 d后，头孢霉素杀菌，盆栽成苗92株(成苗率9.2％)，经潮霉素筛选，共获得20株潮霉素抗性水稻转化苗，PCR鉴定为阳性。对T1代种子用20μg·mL-1潮霉素B溶液浸泡(此浓度下野生型水稻种子全部被抑制不能发芽)，大部分表现为抗性，成活的幼苗继续进行PCR鉴定，都能扩增出特异性条带，说明潮霉素抗性能稳定遗传，荧光定量PCR鉴定Ubi：：OsKS4植株OsKS4基因的表达量明显高于野生型植株。表明通过农杆菌介导针刺-真空渗透的水稻遗传转化法成功构建Ubi：：OsKS4转基因水稻。　　3.Ubi：：OsKS4和野生亲本水稻之间的生物量在生长阶段无显著影响，排除了个体大小对稗草和白菜化感作用的影响。水稻-稗草与水稻-白菜这两种琼脂迟播共培法实验证明：与野生型植株共培相比，Ubi：：OsKS4植株显著减少了稗草和白菜幼苗的根长、苗高和生物量，化感作用增加。水稻根际土壤培养对稗草和白菜这两个实验证明：与在野生型植株根际土壤培养相比，Ubi：：OsKS4植株根际土壤生长显著减少了稗草和白菜的根长、苗高和生物量，化感作用增强。　　4.水稻植株接种纹枯病菌(Rhizoctonia solani Kuhn)7d后，Ubi：：OsKS4植株的病斑高度显著低于野生型，病害较轻，说明转基因植株对纹枯病的抗性增强。纹枯病菌可以诱导稻壳酮合成关键基因OsKS4及其下游基因CYP99A3的表达，不接种的条件下Ubi：：OsKS4植株中这两个基因的表达量显著高于野生型植株，说明OsKS4基因过表达成功。同时，由于OsKS4基因被Ubiquitin强启动子驱动过表达，纹枯病菌侵染不能再诱导Ubi：：OsKS4植株中OsKS4显著表达。接种纹枯病菌都能诱导Ubi：：OsKS4和野生型植株茉莉酸信号途径AOS基因、水杨酸途径PAL基因以及病程相关蛋白基因PR1b和PBZ1基因的表达。但是不管接种还是不接种纹枯病菌，Ubi：：OsKS4与野生型植株这几个基因的表达量没有明显差异，说明过量表达OsKS4基因并没有显著改变水稻这两个重要的信号传导途径和病程相关蛋白对病原菌的防御性反应。接种纹枯病菌都能诱导Ubi：：OsKS4与野生型植株防御反应有关的SOD、POD、PPO、PAL、β-1，3-葡聚糖酶活性的提高，但是不管接种还是不接种纹枯病菌，Ubi：：OsKS4与野生型水稻这五个酶活性都没有显著性差异，说明过量表达OsKS4基因并没有显著改变水稻生理活性。　　5.蜜露量是褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal)取食过程中产生的排泄物，反映植物抗性比较重要的指标。取食Ubi：：OsKS4植株24 h后的褐飞虱的蜜露量明显低于取食野生型，转基因植株对褐飞虱的抗性增强。褐飞虱取食可以诱导稻壳酮合成关键基因OsKS4及其下游基因CYP99A3的表达，不取食的两个条件下Ubi：：OsKS4与野生型植株中两个基因的表达量都高于野生型，说明OsKS4基因过表达成功，同时由于OsKS4基因被Ubiquitin强启动子驱动超量表达，褐飞虱取食不能再诱导OsKS4显著表达。褐飞虱取食能诱导茉莉酸信号途径AOS基因、水杨酸途径PAL基因以及蛋白酶抑制剂OsBPPI基因的表达，但是不管褐飞虱取食还是不取食，Ubi：：OsKS4与野生型水稻的这几个基因的表达量没有明显差异，说明过量表达OsKS4基因并没有显著改变水稻这两个重要的信号传导途径及蛋白酶抑制剂对褐飞虱的防御性反应。Ubi：：OsKS4型和野生型水稻被褐飞虱取食都能诱导防御反应有关的POD、PPO、LOX、CAT酶活性的提高，但是不管褐飞虱取食还是不取食Ubi：：OsKS4与野生型水稻酶活性没有显著性差异，说明过量表达OsKS4基因并没有显著改变水稻生理活性。　　本研究阐明了稻壳酮在水稻化感以及抗病抗虫中的作用，为揭示水稻特定次生代谢物质生态学功能提供了新的思路和途径，为进一步确定水稻化感作用主要化感物质奠定了基础，同时也为水稻的遗传育种提供了新的分子靶标。