干旱是植物最常见的非生物胁迫之一,植物细胞在短时间内遭遇过度干旱或长时间处于干旱环境中都会导致其结构被破坏,而褪黑素作为一种高效低毒的生长调节剂,在植物响应干旱等逆境胁迫中具有重要的调节作用。沙芦草属于小麦野生近缘属植物,因其优良的抗旱、耐寒、耐牧等特性,成为退化草地改良、沙质草地补播的重要物种,然而目前对于外源褪黑素调控沙芦草干旱胁迫的生理和分子机制尚不清楚。因此,本研究以沙芦草为供试材料,用聚乙二醇6000（PEG）模拟干旱胁迫,通过分析外源褪黑素对干旱胁迫下沙芦草幼苗的表型、生理以及转录组学的影响,揭示外源褪黑素对干旱胁迫下沙芦草幼苗的生理和分子调控机制,为进一步全面系统的解析褪黑素缓解沙芦草干旱胁迫的分子机制提供基础。主要研究结果如下:1.低浓度的PEG胁迫可以促进沙芦草种子的萌发和胚根胚芽的生长,高浓度的PEG胁迫对沙芦草种子的萌发和和幼苗生长均有不同程度的抑制作用。利用20%PEG处理沙芦草种子和12%PEG处理沙芦草幼苗,抑制作用既显著又不严重影响种子萌发和幼苗生长,所以该浓度可作为后期沙芦草种子和幼苗干旱胁迫的适宜浓度。外源添加不同浓度的褪黑素可以缓解干旱胁迫对沙芦草种子萌发和幼苗生长的抑制现象,且当褪黑素浓度为100 mg·L-1缓解效果最佳。2.干旱胁迫下,沙芦草幼苗的株高、地上干重、相对含水量和光合色素含量显著降低,相对电导率显著升高,活性氧、丙二醛、抗氧化物质和渗透调节物质含量显著增加,同时抗氧化酶和脂氧合酶活性均显著升高,且随着干旱胁迫时间的延长,抑制程度加强。在干旱胁迫下外源添加100 mg·L-1的褪黑素能够减少活性氧的积累,降低脂氧合酶活性和丙二醛含量,且进一步提高干旱胁迫下沙芦草幼苗叶片的抗氧化酶活性、增加抗氧化物质和渗透调节物质含量,最终缓解干旱胁迫对沙芦草幼苗生长的抑制作用。3.对不同褪黑素添加和干旱胁迫处理的沙芦草幼苗叶片进行转录组测序,共得到281481条transcripts和258704条unigenes,其中有159696（61.73%）条unigenes至少在一个数据库中获得了注释。GO富集分析表明,大量差异基因注释到代谢过程、细胞过程和对刺激的反应等方面,且富集较显著的GO条目有果糖基转移酶活性、蔗糖1F-果糖基转移酶活性和蔗糖α-葡萄糖苷酶活性等。KEGG显著富集的通路涉及淀粉和蔗糖代谢及内质网中的蛋白质加工等,且在淀粉和蔗糖代谢通路中褪黑素可能通过调控β-呋喃果糖苷酶、β-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶等基因的表达促进沙芦草幼苗的抗旱性,在内质网中的蛋白质加工通路中褪黑素可能通过调控HSP20家族蛋白、热休克70kDa蛋白1/2/6/8和分子伴侣HtpG等基因的表达促进沙芦草幼苗的抗旱性。综上,本研究基于褪黑素调控沙芦草抗旱性的表型和生理基础,通过转录组分析,揭示出外源褪黑素缓解干旱胁迫下沙芦草幼苗的生理和分子调控机制,为褪黑素的开发利用和干旱生境中植物的耐旱性遗传改良提供参考。