磷是植物生长发育所必须的大量元素之一。磷的缺乏会对植物的光合作用、呼吸作用、碳代谢和能量转移反应等过程产生影响,最终导致作物产量的降低。为了应对土壤中磷的不均衡分布,植物形成了一系列的适应性机制,比如改变根的形态和结构；分泌酸性磷酸酶和有机酸等活化根际难溶态磷；增加细胞内酸性磷酸酶活性以提高植物体内有机磷的活化再利用能力；诱导磷酸盐转运蛋白基因的表达来提高磷的吸收效率等。大豆（Glycine max L.）作为重要的粮食和经济作物,是人类和动物饲料中蛋白质的重要来源,其独特的营养价值及保健功效使其成为日益重要的农产品。由于大豆主要种植在土壤缺磷的温带,热带和亚热带地区,开展大豆磷效率相关基因的研究,对揭示大豆磷高效吸收和转运机理以及大豆种质资源的改良具有重要意义。本研究以与磷效率密切相关的候选基因酸性磷酸酶GmACP1 （Glyma08g20820）和磷酸盐转运蛋白GmPht1;1 （Glyma10g33030）为研究对象。对GmACP1基因,研究了该基因的表达特征,并利用大肠杆菌、烟草和大豆毛状根研究了其功能。对GmPht1;1基因,研究了该基因对长期磷饥饿的表达响应模式,利用转基因烟草研究了其功能,并利用大豆重组自交系NJRIKY群体对GmPht1;1基因的表达水平进行eQTL初步定位。主要研究结果如下：1、通过PCR方法克隆了GmACP1基因,该基因位于8号染色体上,cDNA全长为1177bp,ORF长度为819bp,编码272个氨基酸（31.01 kDa）。该基因5’端和3’端的非翻译区长度分别为80bp和278bp,编码区存在3个内含子,长度分别为368bp,115bp和620bp。疏水性分析表明该基因编码的蛋白属于水溶性蛋白。氨基酸序列中可能发生磷酸化的位点数目分别为丝氨酸9个,苏氨酸1个和酪氨酸1个。推断的氨基酸序列与菜豆酸性磷酸酶PvPS2的序列有85%的相似性,番茄酸性磷酸酶LePS2有70%的相似性。保守区预测表明GmACP1属于HAD超家族成员,与其他物种HAD家族酸性磷酸酶的氨基酸序列比对,发现该基因编码的序列中存在两个高度保守的HAD和DDDD超家族磷酸转移酶的活性位点DFDXT和GDGXXD,与菜豆中受磷饥饿特异性诱导的酸性磷酸酶基因PvPS2;1在进化上具有较高的亲缘关系,表明这类基因的功能是非常保守的。GmACP1基因在大豆叶和根中高度表达,花中微量表达,茎和荚中没有检测到表达。磷饥饿处理15天时,植物内部Pi含量严重缺乏,GmACP1在大豆的各个组织中均被强诱导表达,其中在衰老叶片,成熟叶片中具有很高的表达水平,而在正常磷水平条件下各个组织中的表达水平则很低。推测GmACP1基因可能主要参与叶片有机磷化合物中磷酸盐的释放,进而维持植物体内磷酸盐的动态平衡。原核表达结果显示该基因编码的蛋白具有分解ρ-NPP（对硝基苯磷酸二钠盐,有机态磷）的能力,且以pH4.0时酶活性最高,符合酸性磷酸酶的特性。2、为了进一步验证GmACP1基因的功能,本文构建了植物表达载体35S::GmACP1-ρMDC83并转化烟草和大豆毛状根。通过根癌农杆菌介导转化方法获得的转基因烟草植株,与在正常营养液中生长的WT植株相比,叶片中的酸性磷酸酶活性显著提高；在以有机磷p-NPP为唯一磷源的营养液中生长20天后,转基因烟草植株长势旺盛,侧根发达,总干重、总磷含量和有效磷含量都显著高于野生型烟草植株。采用发根农杆菌介导的遗传转化方法获得的大豆转基因毛状根复合体植株,在营养液中生长20天后,发现转基因大豆毛状根复合体株系毛状根的酸性磷酸酶活性、根干重、根中磷含量以及根系磷的吸收效率与WT相比均明显提高。在烟草和大豆毛状根中GmACP1的过量表达结果表明,这些转基因植株均能够促进营养液中有机磷的水解,释放较多可供植物直接吸收利用的无机磷供给磷缺乏植株的生长,提高植物磷的吸收效率和体内的磷含量。3、GmPht1;1基因位于10号染色体上,编码区没有内含子存在,与GmPht1; 5具有较高的进化关系。GmPht1;1的启动子序列分析发现,启动子区存在一些植物中磷缺乏响应的调控元件,光调控和碳代谢相关的作用元件。GmPht1;1基因具有组织表达特异性,在叶、根、花中具有较高的表达水平,而在茎和荚中微量表达。磷胁迫处理15天后,大豆地上部和地下部几乎检测不到Pi含量,而GmPht1;1基因在代谢旺盛的幼叶中被强诱导表达,侧根中表达量也显著提高,其中老叶中表达量最高,是其他组织表达量的5-400倍。GmPht1;1基因的表达特性表明其在植物体内可能参与根中磷酸盐往地上部的运输和地上部中磷酸盐的活化再转移过程。4、为了进一步研究GmPht1;1基因的功能,本文构建了植物表达载体35S：：GmPht1;1-pMDC83,采用根癌农杆菌介导的方法对烟草进行遗传转化。对鉴定为阳性的T1代转基因植株采用水培的方法分析了转基因植株对低磷胁迫的响应能力。磷饥饿处理20天后,与野生型植株相比,GmPht1;1过量表达的转基因植株显著或极显著的提高了植株的总干重、根茎比、总磷含量、有效磷含量、磷的利用效率和籽粒重量。磷胁迫处理7天的转基因和野生型烟草植株的叶绿素荧光参数测定结果表明,与WT植株目比,转基因株系在磷饥饿条件下具有相对较高的ΦPSⅡ、ETR和qP,说明缺磷条件下,转基因植株细胞内部具有较高的Pi含量,叶片PSII受体侧电子传递伤害相对较小,转基因株系具有较高的光合活性,从而使得较多的光能转化为化学能,并且能高效的进行电子传递,进而合成较多的光合产物,因此在低磷胁迫条件下转基因植株具有较高的干物质重量。这从另一方面说明磷胁迫条件下,GmPht1;1参与细胞内部Pi的活化和再转移过程,对于维持植物体内磷酸盐的平衡起着很重要的作用。5、为了研究GmPht1;1基因的表达调控机制,及其与大豆籽粒产量和光合参数之间的关系,本文在大豆重组自交系群体NJRIKY中测定了GmPht1;1基因的表达水平,并与籽粒产量、光合速率和叶绿素荧光参数进行相关分析,结果表明GmPht1;1的表达水平与籽粒产量、光合速率及光量子产量OPSⅡ之间存在显著或极显著的正相关。另外本研究检测到2个控制GmPht1;1表达量的eQTL,分别位于10号染色体（O连锁群）的satt331-sat₂74区间和13号染色体（F连锁群）的AW186493-satt659区间,eQTLqPO.1和qPF.1 LOD值分别为3.47和2.56,分别解释表型遗传变异的8.08%和7.93%,加性效应值表明这两个位点的增效等位基因分别来自亲本科丰1号和南农1138-2,其中GmPht1;1的eQTL qPO.1与籽粒产量的一个QTL共区间,与光合速率及叶绿素荧光参数之间的QTL没有检测到共区间,表明GmPht1;1的表达水平可能影响大豆的光合作用和籽粒产量。GmPht1;1基因位于eQTL qPO.1的置信区间之内,表明GmPht1;1基因的表达可能受顺式作用调节；与qPF.1距离较远,表明GmPht1;1基因的转录水平也受反式作用的调节。