氮（N）素是植物生长发育必需的大量元素之一,N素缺乏会显著抑制植物的光合作用,降低作物产量。在农业生产中,往往施加大量N肥来提高作物产量。但是,绝大多数N肥不能被作物吸收利用,进而进入环境中,造成环境污染。杨树是我国主要人工林树种之一,通常种植于贫瘠土壤中。近年来,为了提高杨树人工林的生产力,往往对其施加大量的N肥。但是,施N会显著降低杨树的N素利用效率（NUE）。尽管,已有研究探究了施N对杨树形态生理及分子调控的影响,但是杨树对N素供给水平变化的形态生理、转录调控以及蛋白质组响应机制尚不清楚。本研究首先探索了群众杨（Populus popularis）细根对主要无机N素NH₄⁺和NO₃^-的吸收情况;随后深入研究了杨树适应低N环境的形态生理及转录调控机制;最后,对灰杨（P.×canescens）根中生理指标-蛋白质互作网络在响应N素供给水平变化中的作用进行了研究。主要研究结果如下:利用非损伤微测技术分析了群众杨细根表面的NH₄⁺/NO₃^-净流速以及与之相关的H⁺流速。杨树根尖对NH₄⁺/NO₃^-的吸收存在着空间差异。NH₄⁺和NO₃^-的最大吸收区域分别位于在距杨树根尖顶端10和15 mm处。在NO₃^-存在下,NH₄⁺的吸收被诱导,增加了约48%;在NH₄⁺存在下,NO₃^-的吸收被抑制,减少了约39%。此外,当质膜（PM）H⁺-ATPase活性被正钒酸钠抑制后,NH₄⁺/NO₃^-的内流被显著抑制,甚至导致当NO₃^-存在时NH₄⁺出现外排现象。这些研究结果表明,根尖在NH₄⁺/NO₃^-的吸收中起重要作用,同时,杨树根尖NH₄⁺/NO₃^-的内流及其相互作用都与H⁺流速紧密相关。为了研究杨树在适应低N过程中N素的吸收和同化,对慢速生长的群众杨（Pp）和快速生长的84K杨（P.alba×P.glandulosa,Pg）的幼苗,施加10、100或1000μM的NH4NO3处理3周。在低N条件下,与Pg相比,Pp根表面的NH₄⁺和NO₃^-净内流速度更低,根中的稳定N同位素（δ15N）含量更高,根和叶中18个与N素吸收、同化相关的基因表达更加敏感。低N处理条件下,两种杨树基因型根尖的NH₄⁺和NO₃^-净内流速度,根中NH₄⁺和叶中NO₃^-的浓度,根和叶中总N含量,以及叶中绝大多数与N转运相关的铵转运载体（AMTs）和硝酸根转运载体（NRTs）基因的m RNAs水平显著降低,细根表面积,叶中淀粉含量,根和叶中δ15N含量,以及根中一些AMTs和NRTs基因的表达量显著升高。这些结果表明,慢速生长杨树的N代谢对低N的响应比快速生长杨树更为敏感;杨树通过降低N素获取和同化过程以适应低N环境。为了研究灰杨根中生理指标-蛋白质互作网络对N素浓度变化的响应,灰杨的幼苗分别用0.25、2.5或7.5 m M的NH4NO3处理6周。N素缺乏促进了灰杨根的生长,降低了净光合速率,减少了根和叶中NH₄⁺及总N含量。高N增加了净光合速率,促进了根和叶中N代谢物的积累。同时,低N供给使灰杨根和叶中的ABA含量下降了81-91%,而高N供给下根和叶中ABA含量上升了38-175%。蛋白质组学分析显示,灰杨根中大约有800个蛋白质响应N素供给变化而显著差异表达。差异表达蛋白质与绝大多数生理指标数据间存在线性相关关系,共同构成了生理指标-蛋白质互作网络,该网络中的蛋白质主要参与了N和氨基酸代谢以及氧化还原等重要生物学过程。这些结果表明,灰杨根中生理指标-蛋白质互作网络在适应N素亏缺和盈余过程中发挥着关键作用。