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土壤盐渍化是影响全球农业可持续发展的主要逆境,明确作物耐盐机制,可为筛选和培育耐盐作物品种奠定理论基础。大麦(Hordeum vulgare)是耐盐性较强的禾谷类作物,青藏高原一年生野生大麦(Hordeum vulgare ssp.spontaneum)遗传多样性丰富,蕴藏有耐盐性比栽培大麦更强的种质材料,而大麦属中的一种野生植物--海大麦(Hordeum marinum 具有超强的耐盐性。本论文在比较栽培大麦、野生大麦和海大麦三者盐胁迫响应差异和初步明确海大麦特异的耐盐机制基础上,通过基因克隆、遗传转化和突变体构建等手段,研究大麦盐胁迫响应关键基因HvHKT1;5和海大麦同源基因HmHKT1;5的生物学功能,解析海大麦与大麦耐盐性差异的分子机理。取得的主要结果如下:1.明确了海大麦的超强耐盐性及其生理机制海大麦H559的耐盐性比西藏野生大麦XZ113和栽培大麦Golden Promise更强,其耐盐机制主要为:(1)通过调节Na+/K+转运相关基因的表达维持离子平衡;(2)H559根部具有一系列低能耗的盐胁迫响应措施,包括降低非必要基因的表达和利用无机离子如Na+和K+作为“廉价”渗透调节物质;(3)H559在地上部高积累有机渗透调节物质和糖类物质,并加大能量代谢维持正常生长。2.明确了大麦HvHKT1;5基因的结构与表达模式从栽培大麦Golden Promise中通过同源克隆得到大麦HvHKT1;5基因,其蛋白序列与TaHKT1;5-B2的相似性最高,与水稻和小麦同源HKT1;5相比在PA和PB上存在3个特异的氨基酸残基。该基因主要在根部表达,受盐胁迫诱导上调,仅对Na+离子有亲和性,Na+转运活性受外源K+的抑制。3.阐明了HvHKT1;5的耐盐机理利用Gateway技术和大麦遗传转化技术获得HvHKT1;5的RNAi干涉和过表达转基因大麦材料并对其进行耐盐性评价。结果发现,降低HvHKT1;5的表达能减少Na+吸收和转运,大麦耐盐性增强,而过量表达HvHKT1;5加重盐害。与其他禾本科作物中的HKT1;5不同,HvHKT1;5在根表皮介导Na+吸收,在中柱促进Na+从根部向地上部的转运,表现负调控大麦耐盐性。4.揭示了海大麦与大麦HKT1;5转运蛋白的功能及其差异大麦与海大麦HKT1;5氨基酸序列相似性高达93%,且基因表达模式具有相似的组织特性和盐诱导上调特征,但效应上有所差异。两者具有Na+转运活性,但HmHKT1;5的离子亲和性远小于HvHKT1;5;两者都涉及盐胁迫下植物根部Na+的吸收和Na+从根部向地上部的转运过程,但HmHKT1;5对Na+的吸收和转运能力较弱。总之,HmHKT1;5相对较低的表达量以及较弱的Na+亲和性、Na+吸收和转运能力是海大麦耐盐性强于大麦的主要原因之一。