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黄土高原乡土冰草(Agropyron cristatum)是该地区广泛分布的一种多年生旱生野生优良牧草,具有较强的抗旱性和水土保持能力,对该区的生态建设具有重要意义。但迄今为止,对乡土冰草抗旱机理的研究还很欠缺,尚不能揭示其抵御干旱的机制。水分胁迫对植物的伤害主要在于胁迫对植物所造成的氧化胁迫,而增强抗氧化系统是植物适应干旱逆境的重要机制。因此,植物的抗旱性与抗氧化能力密切相关。谷胱甘肽和抗坏血酸是植物体内高丰度小分子抗氧化物质,是抗氧化系统的重要组成部分,在植物抵抗氧化胁迫中具有重要作用。植物体内谷胱甘肽和抗坏血酸含量受其合成和循环代谢的调控,而且其代谢相关的主要酶APX、GR、DHAR、MDHAR也是植物抗氧化代谢的主要酶类,因此,谷胱甘肽和抗坏血酸代谢是植物抗氧化代谢的重要组成部分。但到目前为止,乡土冰草谷胱甘肽和抗坏血酸代谢对干旱胁迫的响应机制及其信号调控机制尚不清楚。鉴于此,本研究从植物生理学、生化与分子生物学和信号转导三个角度阐明乡土冰草谷胱甘肽和抗坏血酸代谢对干旱胁迫的响应机制,从而揭示其抗氧化机制和抗旱机理,为其在黄土高原地区生态恢复中的应用提供理论基础。本研究的主要结果如下：1.干旱胁迫条件下,冰草通过增加SOD、CAT、APX、GR、DHAR、MDHAR、GPX活性和GSH、AsA、Car含量来抵御氧化胁迫的伤害；长芒草(Stipa bungeana)则通过增加SOD、CAT、POD、APX、GR、DHAR、MDHAR、GPX活性和AsA含量来抵御氧化胁迫的伤害；无芒隐子草(Cleisto genessongorica)通过增加SOD、CAT、APX、GR、DHAR、MDHAR、GPX活性和AsA、Car含量来保护植株免受伤害；白羊草(Bothriochloa ischaemum)通过增加SOD、CAT、POD、APX、GR、DHAR、MDHAR、GPX活性和AsA、Car含量来抵御氧化胁迫的伤害。采用模糊隶属函数法对4个乡土草种抗氧化能力进行了综合评价,结果表明,冰草的抗氧化能力最强,其次为无芒隐子草和白羊草,长芒草的抗氧化能力最差。因此,冰草、无芒隐子草和白羊草均可以作为适宜的草种用于黄土高原半干旱区的植被恢复。由于在4个草种中,冰草的抗氧化能力最强,尤其是在干旱胁迫条件下其叶片抗坏血酸和谷胱甘肽含量均高于其他3个草种。因此,以冰草作为研究的实验材料,研究抗坏血酸和谷胱甘肽代谢及信号转导。2.干旱胁迫条件下,冰草可以通过增强抗坏血酸和谷胱甘肽合成与循环代谢酶GalLDH、γ-ECS、APX、GR、DHAR和MDHAR活性,维持植物体内的AsA、GSH水平和氧化还原状态,从而抵御干旱所造成的氧化胁迫。但冰草抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢对不同水平干旱胁迫的响应,随胁迫时间的延长而有所不同。在胁迫24天以前,严重干旱下冰草抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢增强较为显著；在24天以后,由于该胁迫下植物所遭受的氧化胁迫较为严重,冰草抗坏血酸和谷胱甘肽合成和循环代谢酶GalLDH、γ-ECS、APX、GR、DHAR和MDHAR活性均呈降低趋势。而在中度干旱下冰草抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢酶GalLDH、γ-ECS、APX、GR、DHAR和MDHAR在整个胁迫过程中均保持较高的活性,没有明显的降低。这说明,冰草能够长时间有效地抵御中度干旱所造成的氧化胁迫,而在严重干旱下,冰草只能在一定时间范围内有效地抵御氧化胁迫,胁迫时间延长则会使其抵御氧化胁迫的能力降低。3.根据冰草近缘植物(如小麦、大麦、水稻等)相关基因的保守序列设计引物,获得了与冰草GSH、AsA代谢有关的6个关键酶GalLDH、γ-ECS、APX、GR、DHAR、MDHAR及半定量表达所需内参基因β-actin基因片段,并在GenBank中注册,获得了GenBank登录号,即GalLDH (GenBank登录号GQ457296)、γ-ECS (GenBank登录号GQ457297)、APX (GenBank登录号GQ457300)、GR (GenBank登录号GQ457301)、DHAR (GenBank登录号GQ457298)、MDHAR (GenBank登录号GQ457299)、β-actin (GenBank登录号GQ457302)。4.水分胁迫条件下积累的茉莉酸可以诱导APX、GR、DHAR、MDHAR、GalLDH转录水平和酶活,从而调控抗坏血酸和谷胱甘肽代谢,导致AsA、GSH、总抗坏血酸含量以及AsA/DHA、GSH/GSSG的增加,进而增强冰草植株的抗氧化能力,减轻水分胁迫所诱导的氧化胁迫对植株的伤害。同时,我们的研究也表明转录水平的调控是水分胁迫条件下茉莉酸调控冰草叶片抗坏血酸和谷胱甘肽合成、循环代谢一种主要方式。5.利用药理学、植物生理和分子生物学方法初步证明：H202和NO均参与了茉莉酸调控冰草叶片抗坏血酸和谷胱甘肽代谢的信号转导过程。在这个过程中,茉莉酸诱导产生的H202介导了NO的产生,进而诱导抗坏血酸和谷胱甘肽循环和合成代谢酶APX、GR、DHAR、MDHAR、GalLDH和y-ECS转录水平和酶活的增加,最终导致AsA、GSH、总抗坏血酸和总谷胱甘肽含量的增加。6.利用药理学、植物生理和分子生物学方法初步证明：蛋白激酶MEK1/2参与了茉莉酸调控抗坏血酸和谷胱甘肽代谢关键酶APX、GR、DHAR、MDHAR, GalLDH转录水平和酶活信号转导过程,进而诱导了AsA、GSH、总抗坏血酸和总谷胱甘肽含量的增加。在这个过程中,MEK1/2介导的信号通路不会影响茉莉酸所诱导的H202和NO的产生,而H202和NO均可以通过MEK1/2介导的信号通路参与茉莉酸对抗坏血酸和谷胱甘肽代谢的调控。