干旱半干旱地区约占我国国土面积的二分之一,频繁的干旱、严重的水土流失和不断扩大的荒漠化严重制约着我国北方农业的可持续发展和生态环境的建设。在此背景下,寻求干旱条件下农业高产已经成为目前亟待解决的问题。农作物和牧草因长期生长在较优裕的耕作条件下,其抗旱性的遗传潜力十分有限,这也是干旱限制农牧业生产的重要原因。在漫长的适应进化过程中,生长在极端干旱环境中的荒漠植物逐渐形成了其特殊的抗旱机制。我们课题组前期研究发现,从含盐量很低的荒漠土壤中大量吸收积累Na+是我国西北荒漠区广为分布的霸王等多浆旱生灌木适应逆境的重要策略;适量浓度Na+不仅能促进霸王生长,还能显著提高植株的抗旱能力,但相关生理机制和分子基础仍不明确。本论文研究以多浆旱生植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)为材料,分析了Na+在霸王适应盐和干旱中的生理作用及其分子基础。取得如下主要结果:1.揭示了 Na+在多浆旱生植物霸王叶渗透调节中的重要贡献,发现干旱胁迫下Na+对叶渗透势贡献的显著增加及维持其K+浓度的稳定是霸王适应干旱生境的重要原因;适量NaCl通过增强霸王的渗透调节能力以改善光合作用及水分状况,进而促进植株生长并提高其抗旱能力。2.首次对盐处理和渗透胁迫下霸王进行了转录组测序,通过de novo组装,共得到106423条霸王Unigene序列。3.数字基因表达谱分析结果表明,50 mM NaCl和-0.5MPa渗透胁迫处理下,霸王根和叶中多个Na+、K+转运蛋白及N、P、Ca2+、Mg2+等必需元素和Cu2+、Zn2+等微量元素转运蛋白编码基因的表达丰度显著上调,有利于促进霸王对各营养元素的吸收和转运。4.50 mM NaCl和-0.5MPa渗透胁迫处理下,霸王根和叶中大量活性氧清除酶编码基因的表达丰度显著上调,有利于缓解活性氧对霸王各组织细胞膜系统的破坏。5.50 mM NaCl能通过诱导光合电子传递体和光合碳同化酶编码基因、抑制叶绿素降解酶编码基因的表达以促进霸王的光合作用。6.克隆了霸王质膜Na+/H+逆向转运蛋白基因ZxSOS1全长cDNA,发现其主要在霸王根中表达,并显著受NaCl和渗透胁迫的诱导;利用RNAi技术研究发现,当ZxSOS1被干扰后,50 mM NaCl处理下植株根中Na+的相对分配比例显著增加、茎和叶中显著降低,而植株根和叶中K+的相对分配比例显著降低、茎中显著增加,表明霸王ZxSOS1不仅介导Na+从根向植株地上部的长距离运输,还参与调控体内K+的转运。7.发现霸王K+通道ZxAKT1参与植株根系K+的吸收,其超表达后能恢复K+吸收功能缺失的酵母CY162在低K+条件下的生长,并能显著缓解低K+条件下拟南芥atakt1-1突变体K+亏缺的表型。8.盐处理和渗透胁迫显著诱导了参与NO3-吸收和分配的NRT蛋白基因的表达以提高霸王对NO3-的吸收和转运能力。9.钙调磷酸酶B类似蛋白CBL7可控制高亲和性NO3-转运蛋白NRT2.4和NRT2.5的表达,从而调控植株根系高亲和性NO3-的吸收。以上结果系统揭示了 Na+在多浆旱生植物霸王适应盐和干旱中的生理作用及其分子基础。