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干旱对大多数高等植物,特别是农作物产生不利影响,引起植物生长受抑、甚至失水萎蔫,对农牧业生产造成严重的威胁。农作物因长期生长在较优裕的条件下,其抗旱性的遗传潜力很有限,这也是干旱导致农牧业生产严重受损的重要原因。生长在极端干旱环境中的荒漠旱生植物在漫长的进化过程中,逐渐形成了特殊的抗旱机制。从含盐量很低的荒漠土壤中汲取大量的Na+并将其转运至光合同化枝和肉质化叶中作为一种廉价的渗透调节剂,便是荒漠多浆旱生植物适应干旱环境的有效策略之一。但目前有关参与Na+转运的蛋白在荒漠旱生植物中尚未见报道,特别是其在荒漠植物适应不良生境中的作用尚不清楚。本论文研究以荒漠旱生植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)为材料,鉴定了参与Na+转运和区域化的功能蛋白基因ZxKUP、ZxKAT1和ZxNHX,并对其在霸王响应盐和干旱中的作用进行了探讨。取得如下主要结果：1.首次从荒漠旱生植物霸王中克隆和鉴定了K+转运蛋白、K+通道和液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白编码基因ZxKUP1-3、ZxKAT1和ZxNHX,发现它们与其他植物相应基因的同源性均在63%以上。2.研究发现无论是在正常还是添加NaCl条件下,霸王叶ZxNHX的转录丰度始终高于茎或根。在5、50和150 mmol/L NaCl处理下,发现霸王叶中ZxNHX的转录水平均有所增加,其中50 mmol/L NaCl处理下的表达水平维持较高、且稳定的态势,这是50 mmol/L NaCl能够促进霸王幼苗生长的重要分子基础。进一步研究发现,NaCl处理下ZxNHX表达与Na+积累间呈现显著的正相关关系。3.在整株水平探讨了NHX蛋白抑制剂amiloride(0.5 mmol/L)对霸王幼苗生长、离子积累和ZxNHX表达的影响。结果表明,amiloride处理破坏了细胞的Na+区域化能力,改变了霸王体内离子分配格局,使叶中Na+浓度显著下降24%-38%,从而明显消弱植株的抗逆能力。这些结果进一步证实了ZxNHX在Na+区域化和离子稳态平衡中起重要作用。4.在不同强度干旱胁迫(50%-15% FWC)下,霸王体内Na+浓度大幅度增加,但其根和叶中的K+浓度仍然能够维持稳定；ZxNHX转录水平与Na+积累量之间呈现显著的正相关关系。可见ZxNHX介导的Na+区域化及维持K+浓度的稳定是霸王适应干旱生境的重要原因。5.在中度干旱胁迫(30%FWC)和干旱+盐(30% FWC+50 mmol/L NaCl)处理下,发现ZxSOS1、ZxKAT1和ZxKUP优先在茎中高丰度表达,而ZxNHX和ZxVP1则优先在叶中高丰度表达。这些结果表明茎中的ZxSOS1、ZxKAT1和ZxKUP协同承接离子从根向叶运输；叶中ZxVP1则驱动ZxNHX将叶肉细胞质中的Na+及时有效地区域化至发达的液泡中,以降低细胞渗透势,保持细胞吸水能力,从而适应干旱环境。综上所述,Na+转运蛋白基因在荒漠旱生植物响应盐和干旱中起着重要作用。