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碱土广泛存在,是限制农业发展的重要环境因素之一。特别在我国东北松嫩平原西部,绝大部分盐碱土都是碱性的。土壤盐碱化是限制东北地区作物和牧草生产的重要环境因素。羊草是我国东北碱化草地的优势物种,由于兼具有高的耐碱性和高的饲草价值,种植羊草已被广泛用于碱化土地的恢复和利用。因此,研究该物种耐碱生理及分子机制不仅可丰富植物抗碱理论,还可开发其基因资源为其他牧草和作物的抗碱性改良提供支持。本论文中,为保证对照和处理组样品遗传上高度均一一致,在野外条件下随机采集了一株羊草,利用无性繁殖的方式产生不同的分株进行全部的生理及分子实验。将来自于同一单株的不同分株分成对照组和碱胁迫组,用200 m M碱性盐溶液（Na HCO3∶Na2CO3=9∶1）进行碱胁迫处理,对照组浇灌营养液30 d。通比较对照组和胁迫组的解剖结构、光合参数、光合色素含量、叶绿体超微结构、渗透调节物质（10种可溶性糖、19种游离氨基酸、4种多元醇、K+、Na+及可溶性蛋白）含量、及转录组,探讨了羊草应对碱化环境的生理及基因表达调节机制。主要结果和结论如下:（1）碱胁迫对羊草生长和光合的抑制主要是限制气体交换造成的。碱胁迫明显的降低羊草叶片的净光合速率和蒸腾速率,但没有降低叶片的光合色素含量,也未破坏叶绿体超微结构。通过比较对照组和胁迫组分株的叶片横切结构图发现,碱胁迫处理的叶片通气组织体积和数量明显变小。这些数据说明,碱胁迫并未对羊草叶片造成明显的离子伤害,光合速率的下降及生长的抑制可能主要由通气组织体积下降和气孔导度下降引起的。（2）羊草通过调节Na+、K+的含量及蔗糖等渗透调节物质的积累来适应碱化环境。碱胁迫明显提高叶片和根中Na+的积累,同时降低两个器官中K+的含量。碱胁迫并未对羊草造成明显的离子毒害作用,Na+含量的增加可以降低羊草根和叶片的水势,增加吸水能力对抗碱胁迫引起的渗透胁迫。在叶片中检测到的10种可溶糖,有7种含量明显增加,胁迫组叶片中海藻糖（Trehalose）高达对照组中叶片的11.79倍,蔗糖（Sucrose）和果糖（Fructose）分别是对照组的6.32倍、6.29倍,葡萄糖（Glucose）及核糖（Ribose）分别是对照组的4.67倍、4.39倍。在根中,6种可溶糖含量被提高,蔗糖含量提高倍数最大达对照组的5.4倍,其次葡萄糖含量显著增加到对照组的3.94倍,果糖、海藻糖分别达对照组的2.81倍、2.24倍。在叶片中检测到松醇、肌醇、木糖醇、山梨醇/甘露醇4种多元醇,仅仅松醇含量提高2.46倍。根中检测到松醇、肌醇、山梨醇/甘露醇三种多元醇,仅仅山梨醇/甘露醇含量被提高。在叶片中,12种氨基酸含量增加,组氨酸和甘氨酸含量增加倍数最大,分别为对照的3.58倍和3.42倍。而在根中仅有3种游离氨基酸含量增加,脯氨酸、天冬氨酸、谷氨酸增加到对照的3.99倍、1.42倍、1.49倍。为了探讨各个有机溶质在渗透调节中的作用,计算了各个溶质摩尔含量占溶质总摩尔含量的百分率。从贡献率上看,胁迫后的羊草叶片中蔗糖是贡献率最高的物质达到总溶质的33.34%,其次是松醇、果糖贡献率为10.5%、9.92%,游离氨基酸中天冬酰胺、丝氨酸、丙氨酸的贡献率最高分别为5.64%、5.52%、5.67%。在胁迫处理的根中,蔗糖也是对渗透调节贡献最大的有机溶质达到总溶质的37.2%,其次是天冬酰胺占19.08%、松醇占6.73%、天冬氨酸占6.07%。总的来说,蔗糖是碱胁迫下羊草最主要的渗透调节物质,天冬酰胺是游离氨基酸中对渗透调节最大的有机溶质。（3）羊草通过提高关键抗性基因HKT8、NHX、Dehydrin、LEA、NR基因表达来对抗离子毒害。为了探究羊草应对碱胁迫的基因表达调节机制,对羊草分株施加对照处理和碱胁迫处理,采集不同条件下、不同发育阶段、不同器官的羊草样品,包括根、茎、叶、芽、小穗、花器官等38个样品。提取各组织RNA后等比例混合,然后采用Pac Bio Sequel测序技术（三代测序技术）对混合样本进行全长转录组测序,最终获得45,037个高质量全长转录本序列,将其集合成羊草二代转录组测序的参考序列。本论文特别关注了耐碱基因的表达变化,结果表明碱胁迫上调叶片中NHX和HKT8基因表达水平,上调根中NHX、Dehydrin、LEA等耐碱基因的表达,也上调根中NRT基因的表达。本论文的生理学分析表明,碱胁迫并未对羊草叶片造成明显的离子伤害,在碱胁迫下羊草具有很强的Na+调控能力。碱胁迫下羊草可能通过上调叶片中HKT8基因表达水平来对抗Na+毒害,HKT8基因被证明具有将Na+排除到输导组织的功能,叶片中HKT8基因高表达将促进Na+从叶片细胞中排除到输导组织中。碱胁迫下叶片中NHX基因的上调将促进叶片将积累的Na+区隔至液泡,避除离子毒害。根中NHX上调,将促进Na+区隔化减轻了Na+对羊草根细胞的毒害作用,根中Dehydrin、LEA基因表达水平上调将提高根细胞的应对渗透调节的能力,根中NRT的上调将促进NO3-的吸收,增加渗透调节能力,有利于氮代谢。本论文的一个重要的贡献是利用Pac Bio Sequel测序技术建立了羊草转录组分析的参考序列,为羊草基因表达及相关分子生物学研究奠定了基础。碱胁迫并未对羊草造成明显的离子毒害,对羊草生长和光合的抑制主要是限制气体交换造成的。生化分析表明,羊草主要积累蔗糖和天冬酰胺最为主要的有机渗透调节物质。基于转录组测序数据,发现羊草通过提高关键抗性基因HKT8、NHX、Dehydrin、LEA、NRT提高对抗离子毒害和渗透胁迫的能力。