近年来,日益严重的土地盐碱化已经成为造成降低世界作物产量的一种重要原因,由此,植物耐盐性的理论与实践是目前的研究热点之一。已有研究表明,在植物体内,甲烷(methane,CH4)作为一种信号分子,可以参与调控其生长发育,并提高植物的耐盐性,但是缺乏相应的实践运用。针对上述问题,本论文通过生物化学和药理学试验首先明确CH4对植物生长发育具有一定的调控作用,接着探查了 CH4对盐胁迫下油菜幼苗生长与生理特性的调控;根据上述结果,本论文设计了一种可以应用于农业技术领域的富甲烷水灌溉装置,可以尝试运用于农田。此外,在实践工作中,由于还发现了 CH4能够诱导番茄侧根(lateral root,LR)发生,因此进一步从一氧化氮(nitric oxide,NO)信号分子的角度,探查NO参与CH4诱导LR发生的调控机制。主要研究结果如下:(1)外源CH4(富甲烷水)可以广泛调控植物幼苗的生长发育,由于上述效应具有物种特异性,故CH4促进各种植物(番茄、黄瓜、鸡毛菜、玉米、油菜)的最佳浓度均有所不同,其主要的最佳浓度范围为0.65～1.04 mM。经CH4处理后,植物幼苗的生长状况均明显优于无CH4处理的对照组,包括可以提高生物量积累、增强根系活力、增加可溶性蛋白和可溶性糖含量,以及提高叶绿素含量。(2)CH4预处理可以促进盐胁迫下油菜幼苗的生物量积累,增强根系活力,维持细胞内的离子稳态,缓解盐胁迫造成的离子毒害;同时,CH4预处理还有助于提高作物合成渗透调节物质(可溶性糖和脯氨酸)的能力,增加叶绿素含量,提高光合作用效率,帮助积累有机物质;此外,CH4预处理还激活了机体内的抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性,提高其抗氧化能力,从而缓解氧化损伤。总之,外源CH4预处理能够有效缓解盐胁迫下油菜幼苗生长的抑制,提高抗氧化能力,从而提高其耐盐性。(3)本论文还设计了一种可以应用于农业技术领域的富甲烷水灌溉装置,其灌溉装置主体包括圆柱型富甲烷水储存箱、圆柱型水箱、控制中心、混合水储存箱、迷宫式滴灌带以及控制中心。该装置主要采用自动化控制方式,可以很好的利用富甲烷水对农作物以及园艺花卉等进行灌溉。该富甲烷水灌溉装置已经申请了实用新型专利,申请号为 201821801899.7。(4)在实践工作中,我们还发现了 CH4能够诱导属于植物发育的侧根(lateral root,LR)发生,但尚不明确其下游的信号分子。进一步的研究发现,外源CH4能够促进番茄幼苗根部迅速产生NO,而NO清除剂(cPTIO和PTIO)则会抑制侧根原基的形成,进而阻断由CH4诱导的侧根发生。分子证据表明,外源CH4和SNP都可以调控细胞周期调控基因(SlCYCA2;1,SlCYCA3;1,SlCDKA1和SlKRP2)和与侧根发生相关的mRNAs(miR160和miR390)及其靶基因(SlARF4和SlARF16)的转录水平,但是上述调控作用均会被cPTIO和PTIO逆转。遗传证据表明,一种拟南芥硝酸还原酶突变体(Atnia2)会表现出侧根中NO含量降低和侧根发生的缺陷,进一步采用CH4或SNP(效果更佳)处理可以缓解上述现象,上述变化与LR发生相关基因转录本的变化也是一致的。总之,上述结果提供了直接的分子和遗传证据,表明NR依赖的NO至少部分的作为CH4诱导番茄侧根发生的下游信号分子。综上所述,外源CH4能够广泛促进植物的生长发育,包括诱导侧根发生,并能有效缓解盐胁迫下油菜幼苗生长的抑制,从而增强其耐盐性;最后,还申请了相关可以用于大田实践的富甲烷水灌溉装置,从而尝试将其运用于大田实践。