棉花是世界上主要的天然纤维作物,也是重要的油料作物之一,在全球产棉国家国民经济和农业生产中占有重要地位。随着全球气候不断恶化,农业可利用土地面积不断缩小,人口和资源之间的矛盾日益突出,粮食作物与棉花等经济作物之间争地现象日趋严重。通过培育耐旱、耐盐碱经济作物,将经济作物种植于干旱、盐碱地等潜在价值的土地,不仅可以缓解粮食作物与棉花等经济作物之间的矛盾保证粮食安全,而且可以扩大农业土地面积。非生物逆境胁迫影响植物生长发育的整个周期。种子萌发过程中抵抗逆境胁迫的能力决定着植物的出苗率,是植物产量形成的基础。通过研究干旱、盐碱等逆境胁迫条件下,棉花等植物种子萌发过程中应答胁迫的机制,进一步发掘调控种子抵抗逆境胁迫的关键基因,对耐旱、耐盐碱棉花分子育种技术具有重要的意义。cAMP是植物细胞内的第二信使,其在植物抵抗逆境胁迫过程中发挥重要作用。毛喉素（Forskolin）可以通过激活环腺苷酸酶活性,显著提高植物细胞内的cAMP含量,进一步激活cAMP依赖的抗逆相关基因,增强植物抵抗逆境胁迫能力。本研究通过使用H2O、120μM Forskolin、25μM cAMP、0.4%NaCl、0.4%NaCl+120μM Forskolin、0.4%NaCl+25μM cAMP处理实验室保存的耐盐碱‘P30’、‘河南4号’和不耐盐碱‘长江A3’陆地棉种子。分析棉花种子萌发过程中的发芽势、发芽率和下胚轴发育的差异;测定棉花种子体内氧化酶SOD、CAT活性,测定植物内源激素IAA、SA、JA、GA含量,测定渗透调节物质脯氨酸含量,测定第二信使cAMP含量等生理生化指标,同时利用高通量RNA-Seq测序技术分析了不同处理之间的差异基因。结合生理生化指标和生物信息学算法分析,鉴定了一批棉花种子萌发过程中耐盐相关基因并利用VIGS技术对相关基因进行了初步功能验证。取得的主要研究结果如下:1.棉花种子萌发实验表明,通过H2O、120μM Forskolin、25μM cAMP、0.4%NaCl、0.4%NaCl+120μM Forskolin、0.4%NaCl+25μM cAMP六种溶液处理三种棉花种子,Forskolin处理与H2O处理相比,种子发芽势和发芽率分别平均提高了9.63%和2.22%,NaCl+Forskolin处理与NaCl处理相比,种子发芽势和发芽率分别平均提高了12.97%和9.26%,同时Forskolin处理可以促进下胚轴的伸长。2.棉花种子萌发过程中生化指标测定表明,H2O、120μM Forskolin、25μM cAMP、0.4%NaCl、0.4%NaCl+120μM Forskolin、0.4%NaCl+25μM cAMP溶液分别浸泡三种棉花种子4h完成吸涨过程,移至培养皿中,用对应溶液的湿润滤纸继续处理至16h,测定生化指标。Forskolin处理与H2O处理相比,SOD酶活性平均88.70U/g,CAT酶活性平均降低247.57U/g;GA3、cAMP、SA和IAA含量分别平均增加0.218nmol/g,0.067nmol/g,18.39μg/g和6.7×10^-3nmol/g;ABA、JA和脯氨酸含量分别平均降低了170.38ng/g、2.68pmol/g和59.04ng/g。NaCl+Forskolin处理与NaCl处理相比,SOD和CAT酶活性分别平均增加了553.33U/g和192.77U/g;GA3、cAMP和SA含量分别平均增加0.546nmol/g,0.053nmol/g和3.42μg/g;ABA、JA、IAA和脯氨酸含量分别平均降低了182.11ng/g、4.56pmol/g、0.154 nmol/g和48.60ng/g。3.不同处理样本转录组差异分析:通过H2O、0.4%NaCl、120μM Forskolin+0.4%NaCl溶液分别浸泡三种棉花种子4h完成吸涨过程,移至培养皿中,用对应溶液的湿润滤纸继续处理至16h,进行RNA-Seq测序,共获得190352219条clean reads。以pvalue≤0.005进行筛选,获得163636个显著差异表达的基因（DEGs）。‘P30’材料三种处理中差异表达基因共有4097个,‘河南4号’材料三种处理中差异表达基因共有22260个,‘长江A3’材料三种处理中差异表达基因共有25606个。不同材料之间相同处理差异基因表达分析表明:H2O处理下,三种材料差异表达基因共有42822个,NaCl处理下,三种材料差异表达基因共有48752个,NaCl+Forskolin处理下,三种材料差异表达基因共有20071个。综合所有差异表达数据表明,同一材料不同处理之间差异基因数较少,不同材料相同处理的差异基因较多,可能是由于不同材料之间由于遗传背景和耐盐能力不同的原因所致。4.转录组数据富集分析:将所有差异基因进行GO→KEGG→Inter Pro→Domain分析,统计分析注释获得的Pathway结果表明,在NaCl处理下,‘P30’、‘河南4号’、‘长江A3’中pathway主要富集在:脂肪酸的生物合成,次生代谢产物的生物合成,C5类异戊二烯生物合成,乙醛酸和二羧酸的代谢,NaCl+Forskolin处理下Pathway主要富集在:C10-C20类异戊二烯生物合成,次生代谢产物的生物合成,丙酮酸代谢,谷胱甘肽代谢,柠檬酸盐循环（TCA循环）,碳代谢,乙醛酸循环,磷酸戊糖途径。5.耐盐候选基因VIGS功能验证:由于VIGS诱导的基因沉默主要发生在幼苗期,所以需要对候选基因在棉花苗期响应盐碱胁迫能力进行验证。通过H2O、0.4%NaCl、120μM Forskolin+0.4%NaCl处理耐盐材料、盐敏材料幼苗16h,利用qRT-PCR分析候选基因表达情况。选择表达方式与种子萌发期相同处理中一致的基因构建VIGS载体,利用农杆菌介导方法转化棉花幼苗。待幼苗生长至5-6片真叶,使用1%NaCl培养基处理转化苗三天初步鉴定基因功能,qRT-PCR检测基因表达量。结果表明Gh WRKY33等基因沉默后耐盐性显著降低;Gh CYP82A3基因沉默后,植株耐盐性显著提高。通过本论文研究表明,Forskolin激活了腺苷酸环化酶活性,提高了体内cAMP含量,cAMP参与了棉花耐盐相关途径,增加细胞内cAMP含量能够显著提高盐碱土壤中棉花种子萌发效率。同时通过转录组和VIGS验证表明Gh WRKY33、Gh CYP82A3等基因受到cAMP调控,与棉花种子萌发过程中耐盐能力相关。此外,本论文研究获得的基因可以为棉花耐盐遗传改良提供基因资源,论文研究策略为其他作物耐逆机理研究提供新思路。