农业土壤缺磷(低磷,LP)是全球作物生长与产量形成的主要限制因子,因此,解决这一低磷问题对于更有效地利用土地资源与增加作物生产力具有重要意义。对此,最有效的方法是培育耐低磷或磷利用高效的作物品种,而鉴定低磷耐性强的遗传资源和阐明其机理是实现这一目标的基础。大麦是全球种植面积位居第四的禾谷类作物,青藏高原一年生野生大麦是栽培大麦的祖先,蕴藏有大麦及其它作物改良可应用的优异种质材料。为此,本研究拟阐明野生大麦耐低磷的生理机理,并鉴定耐性相关的特异蛋白。现将取得的主要结果介绍如卜：1.青藏高原一年生野生大麦耐低磷种质的鉴定在水培条件下以104份野生大麦和20份栽培大麦为材料,比较了它们对低磷耐性的基因型差异。结果显示,与正常供磷水平相比,低磷下植株生长与磷积累显著减少,但部分野生和栽培大麦的根长与根干重表现增加。供试的野生大麦材料之间,低磷下考查的所有生长参数均有显著差异,说明对低磷反应有很大的遗传多样性；同时,测定的生理特性及矿质养分在低磷下亦存在着显著的基因型差异。根据生长、生理及养分分析结果,鉴定到耐低磷的野生大麦XZ77、XZ99口XZ167以及栽培大麦品种ZD9和B1034号。2.低磷胁迫下西藏野生大麦和栽培大麦的生理生化变化以西藏野生大麦XZ99(耐低磷)、XZ100(低磷敏感)和栽培品种浙大9号(较耐低磷)为材料,设置2个磷水平(正常与低磷),研究低磷对不同基因型生理生化特性的影响。低磷对生物量积累、根/地上部干重比、根形态、有机酸分泌、碳代谢、ATP酶活性以及植株磷浓度与积累的影响,基因型之间差异很大。XZ99的低磷耐性与其在低磷胁迫下有较发达的根系、较强的蔗糖合成和碳水化合物代谢、较高的酸性磷酸酶和ATP酶活性以及较多的柠檬酸和琥珀酸分泌相关联。XZ99的侧根中活性氧(ROS)水平较低,启示出它在调节侧根和根毛形成上的作用。另外,XZ99在低磷下维持着正常的根细胞结构,这可以认为是耐低磷的一种适应性机制。本试验结果证明西藏野生大麦在培育耐低磷大麦品种以及深入阐明植物耐低磷机制具有很高的利用价值。3.西藏野生大麦中耐低磷相关的差异积累蛋白的鉴定以前述低磷耐性不同的3个大麦基因型为材料,进行了蛋白组学比较分析以阐明存在于XZ99的耐低磷机理。在3个基因型的根与叶中,共鉴定到31个差异积累蛋白,经比较分析明确了这些蛋白的生物学功能,主要包括代谢、信号传导、细胞生长和分化、逆境防卫等。与低磷敏感的XZ100和较耐低磷的浙大9号相比,耐低磷的XZ99根系较为发达,这主要与碳水化合物代谢相关的蛋白增加有关；在鉴定到的低磷胁迫下优先积累的16个蛋白中,有9个仅在XZ99有积累。另外,利用qRT-PCR佐证了这9个蛋白的表达水平。本研究是首次利用蛋白组学技术研究野生大麦的低磷耐性,结果证明西藏野生大麦存在有耐低磷有关的差异积累蛋白。4.西藏野生大麦中植物激素和糖信号对低磷胁迫下根系生长的调节作用盆栽试验研究了低磷胁迫下根系结构(RSA)变化的调节机制。总体上,耐低磷基因型XZ99与低磷敏感基因型XZ100和较耐低磷品种浙大9号在根系结构的变化上存在着显著差异。蔗糖、植物激素(主要是乙烯和生长素)和无机磷共同协调着各种信号途径对低磷胁迫的反应,最终促进植物对磷的吸收。这些信号调控低磷下RSA的变化,促进蔗糖经韧皮部运输至根系,从而有利于根系生长。同时,我们发现,生长素-乙烯调控基因(TIR1,ARF19和ACCO)蔗糖转运蛋白2(SUC2)基因以及磷酸盐转运蛋白((Pht1;,Pht1;2)基因,在低磷胁迫下XZ99根中上调表达。本研究首次探索了植物激素和蔗糖作为信号分子在低磷反应和耐性形成上的调控作用。