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水分和氮（N）是植物生长发育及产量形成不可或缺的重要环境因素,贯穿植物整个生命周期。干旱胁迫可以通过影响植物的外观形态、生理结构、生化特性、转录以及蛋白水平的改变,进而限制植物的生长发育进程。N是植物必需的矿质元素之一,是蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素、激素、维生素和生物碱的主要成分,参与植物生长发育的各个阶段。苹果因其较高的经济价值和营养价值成为重要的经济作物之一,并且在中国及世界范围内种植广泛。西北黄土高原作为中国苹果生产的最佳和最大产区,由于年降雨量少且在周年内分布极不平衡,导致干旱成为该地区苹果产业发展的重要限制因素。另外,该地区土壤贫瘠,果园过量施用N肥以增加产量。N肥的过量施用会造成氮肥利用率（NUE）降低、N沉降、温室效应加剧和作物病害加重等一系列不利影响。不同苹果品种的遗传特性存在差异,导致其对干旱及不同N素水平的响应也不同。因此,评价干旱条件下不同苹果品种的NUE,并探究其差异机制,对降低果园N肥施用量和保障苹果产业的健康可持续发展至关重要。本论文以嫁接于平邑甜茶（Malus hupehensis Rehd.）砧木的6个苹果品种‘富士’、‘秦冠’、‘粉红女士’、‘乔纳金’、‘蜜脆’、及‘金冠’的一年生盆栽苗为试材,研究了不同水分和N素供应对6个苹果品种生长指标、光合效率、矿质元素含量、叶绿素荧光参数、内源激素含量、抗氧化及N素吸收及利用相关酶活性和基因表达等方面的影响及平邑甜茶幼苗中N吸收相关基因对不同NO3--N水平的响应。主要研究结果如下:1.以平邑甜茶为砧木嫁接苹果品种‘富士’、‘秦冠’、‘粉红女士’、‘乔纳金’、‘蜜脆’、‘金冠’的幼苗为试材,研究各个品种在正常供水正常供N（CWCN）、正常供水低N（CWLN）、干旱正常供N（LWCN）和干旱低N（LWLN）条件下的生长状况。结果发现,干旱和低N处理均降低了苹果幼苗生物量的积累、叶绿素含量、光合作用及矿质元素的吸收。其中不同苹果品种生物量积累的顺序为CWCN>CWLN>LWCN>LWLN。在LWLN处理条件下,‘秦冠’、‘乔纳金’、‘蜜脆’、‘富士’、‘粉红女士’和‘金冠’的Pn（净光合速率）分别为7.44、5.14、3.77、3.67、5.30和4.48μmol m-22 s-1。另外,在LWLN条件下,嫁接‘秦冠’后砧木根系中的N素含量最高,为13.28 mg g-1;而‘乔纳金’砧木根系中的N素含量最低,为9.38 mg g-1。LWLN处理条件下,‘秦冠’的相对生长速率（RGR）最高为9.51 mg d-1,‘蜜脆’的RGR最低,为4.66 mg d-1。适量施用N肥能够在一定程度上改善干旱条件下苹果幼苗的生长状况。在LWLN胁迫条件下,‘秦冠’和‘粉红女士’的耐受性最好,其次是‘富士’和‘金冠’,而‘蜜脆’和‘乔纳金’在所评价品种中的耐受性最差。2.以平邑甜茶为砧木嫁接干旱下NUE差异显著的苹果品种‘蜜脆’和‘秦冠’的一年生盆栽幼苗为试材,对这2个品种在CWCN、CWLN、LWCN和LWLN等4种处理条件下的叶片气孔特征、N素代谢及抗氧化相关酶活性、内源激素含量、N素吸收和利用相关基因的表达水平等方面进行了比较,以分析不同苹果品种NUE存在差异的原因。研究结果发现,干旱条件下,低N处理使‘秦冠’和‘蜜脆’气孔孔径分别减小了15.61%和17.28%。与CWCN相比,LWLN条件下‘秦冠’和‘蜜脆’的游离脯氨酸分别增加了32.21%和17.36%。LWLN条件下‘秦冠’的可溶性糖含量与CWLN相比显著增加,而‘蜜脆’则增加不显著。另外,干旱胁迫显著降低了‘秦冠’和‘蜜脆’叶片中N代谢相关酶的活性,包括NR、NiR和GS。在干旱条件下,与适量供N处理相比,缺N时嫁接‘蜜脆’的砧木根系中GS活性降低幅度为26.97%,达到显著水平,而嫁接‘秦冠’的砧木根系中GS活性降低幅度为13.47%,差异不显著。在LWLN条件下,嫁接‘秦冠’后砧木根系及叶片中的IAA和ABA含量均显著高于‘蜜脆’。对2个品种的叶片及所嫁接砧木的根系中N代谢相关基因的表达进行分析后发现,MdNRT2.4受到低N胁迫的显著诱导,且该基因在2个品种叶片及所嫁接砧木的根系中表达水平存在显著不同。进一步通过在拟南芥中超量表达该基因,证明了该基因能够促进干旱及低N供应下植物根系的生长和生物量的积累。根据以上发现可以推测:‘秦冠’和‘蜜脆’的气孔形态、酶活性、内源激素含量及基因表达水平等方面的不同,影响了N素的吸收和同化过程,导致了2个品种在N素吸收和利用上的差异。3.在苹果基因组中鉴定出了73个NO3-转运蛋白NPF（NITRATE TRANSPORTER1/PEPTIDE TRANSPORTER）家族的基因,利用生物信息学分析,研究了苹果NPF家族基因的系统进化、染色体定位、基因结构及保守结构域。研究结果表明,苹果NPF基因家族可以分为八个亚家族即亚家族I-VIII,与拟南芥和水稻中的家族分类结果一致。苹果NPF家族各基因外显子的数量范围在2到7个,含有三个保守结构域,且各基因不均匀的分布在17条染色体上。另外,苹果NPF家族基因具有组织表达特异性,并且对不同NO3--N浓度呈现出不同的表达模式。4.通过对不同NO3--N浓度下叶片和根中MdNPF基因的定量分析发现,MdNPF6.5具有双亲和性硝酸转运能力,因此我们构建了MdNPF6.5过表达载体,转化苹果‘王林’愈伤组织,并鉴定得到了过表达愈伤组织。在低N处理条件下,超量表达MdNPF6.5后与野生型相比能够维持更高的鲜重,证明了其能够提高苹果愈伤组织耐低N胁迫的能力。