干旱和盐渍是世界范围内减少作物产量的两大主要胁迫因子。西北黄土高原产区是我国苹果的最佳产区也是最大产区,但该产区年降水量少且年周期内分布极不平衡,干旱缺水成为限制这一地区苹果产业发展的主要因子。另外,部分苹果产区土壤盐渍化严重。次生代谢是植物代谢的重要方面,近年来发现许多次生代谢物质如甜菜碱、水杨酸、褪黑素等能提高植物的抗逆能力。但目前关于多巴胺和褪黑素与苹果抗逆关系的研究鲜见报道。本论文以苹果砧木平邑甜茶(Malus hupehensis)、富平楸子(M.prunifolia)和苹果品种‘长富-2’(M.domestica)为试材,研究了褪黑素和多巴胺对苹果抗旱和耐盐的调控功能,并探讨了其作用机理。研究结果为苹果的抗逆改良和调控提供了理论和技术依据,对我国干旱地区苹果产业的发展具有重要的意义。主要研究结果如下:1.外源褪黑素对苹果耐盐性的调控。以苹果砧木平邑甜茶一年生幼苗为材料,利用水培系统研究了外源褪黑素对盐胁迫诱导的氧化损伤的缓解效应,同时,研究了褪黑素与离子平衡和离子通道之间的关系,探讨了外源褪黑素缓解苹果盐胁迫的作用机理。研究结果表明:外源施加0.1μM褪黑素能缓解盐胁迫对平邑甜茶生长及光合速率的抑制作用,并抑制叶绿素的降解。同时,褪黑素能减轻盐胁迫下的膜损伤。外源褪黑素提高平邑甜茶幼苗的耐盐性与其作为抗氧化剂的功能有关,表现在褪黑素处理减少了H2O2的积累,增加了抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性。另外,外源褪黑素能促进盐胁迫下根系的生长,影响矿质元素的吸收,并调控离子转运蛋白基因MdNHX1和MdHKT1的表达,调控离子平衡。2.外源褪黑素对苹果抗旱性的调控。以两年生平邑甜茶和富平楸子两种抗旱性差异明显的苹果砧木盆栽苗为材料,向植株根部定期施用100μM褪黑素溶液,研究了褪黑素对苹果自然干旱胁迫的调控作用及其可能的机理。研究结果表明:外源褪黑素处理能显著增加苹果砧木的抗旱性,且对干旱敏感砧木平邑甜茶的缓解作用大于抗旱砧木富平楸子。主要表现在:在干旱下,外源褪黑素处理能维持叶片的保水力、降低电解质外渗率、抑制叶绿素的降解并维持较强的光合能力。外源褪黑素能降低ABA合成基因MdNCED3的表达,增加ABA代谢基因MdCYP707A1和MdCYP707A1的表达,从而降低干旱植株中ABA的含量。另外,外源褪黑素通过提高抗氧化酶的活性抑制H2O2的产生,使气孔重新开放。植株可以通过上调褪黑素合成酶基因MdTDC1,MdAANAT2,MdT5H4和MdASMT1的表达来有效维持干旱条件下的水分平衡。因此,诱导褪黑素的产生是植物抵御非生物胁迫的一个重要机制。3.外源多巴胺对苹果砧木平邑甜茶耐盐性的调控。以平邑甜茶一年生幼苗为试材,采用水培和盆栽两种方式进行盐胁迫处理。植株受到盐胁迫后,生长量、净光合速率、FV/FM和叶绿素含量均显著下降。用100μM和200μM多巴胺对植株进行预处理以后,显著的缓解了此抑制作用并使植株维持了更好的光合能力。外源多巴胺除了能改变气孔行为外,还能促进K、N、P、S、Cu和Mn离子的吸收,而Na和Cl离子的吸收被显著抑制,说明外源多巴胺能使植物更好的适应盐胁迫。外源多巴胺处理显著地增加了抗氧化酶的活性和抗坏血酸-谷胱甘肽循环中抗氧化物质的含量,抑制了活性氧的产生。进一步还研究了多巴胺对盐胁迫下SOS途径基因表达的影响,结果表明,外源多巴胺处理显著上调了平邑甜茶根系和叶片中MdHKT1、MdNHX1和MdSOS1的表达,有利于调节离子平衡,使植株具有更好的耐盐性。表明多巴胺不仅能在抗氧化防御的水平而且通过离子平衡调控等机制缓解苹果盐胁迫。4.外源多巴胺对苹果抗旱性的调控。以‘长富-2’苹果两年生盆栽苗为材料,在短期自然干旱胁迫下,向植株根部定期施用100μM多巴胺溶液。研究结果表明:外源多巴胺处理能显著提高苹果的抗旱性。主要表现在:在干旱条件下维持叶片的保水力、降低电解质外渗、保持叶绿素的稳定和维持更好的光合能力。干旱胁迫能增加多巴胺合成基因MdTyDc的表达。另外,外源多巴胺能通过提高抗氧化酶的活性,减少H2O2的产生。5.外源多巴胺调控苹果抗旱的转录组分析。以‘长富-2’苹果两年生盆栽苗为材料,短期自然干旱处理十天,以干旱第3天样本进行转录组测序分析。本测序共检测到48845条基因,占参考基因组的85.04%,检测到新基因3481条。外源多巴胺处理后的干旱植株与未施加多巴胺的干旱植株相比,检测到差异基因1052条,其中上调基因643条,下调基因409条,这些差异基因在KEGG pathway分类上主要为氮代谢、植物与病原菌互作和光合作用等作用通路。GO注释的生物进程中主要调控转录因子、渗透胁迫和氧化胁迫、碳水化合物代谢、H2O2代谢过程和细胞程序性死亡。