干旱已成为影响作物生长和产量的重要非生物胁迫。小麦是中国乃至全世界最重要的粮食作物之一,约70%的小麦被种植在干旱、半干旱地区,如何提高小麦的抗旱能力从而提高其产量和品质已经成为国内外学者研究的热点之一。通过施用外源物质来增强作物抗旱能力是目前提高作物抗旱性的最为有效而简单的方式,因而研制安全、高效的抗旱剂显得尤为迫切。壳聚糖能够缓解干旱、盐等非生物逆境对植物的伤害,并能诱导植物产生广谱抗性,且具有无毒、可降解等优点,壳聚糖作为一种外源物质在农业生产中具有广阔的应用前景。壳聚糖通过功能化修饰往往会赋予不同的功能特性或具有新的生物活性。氨基丁酸是一种小分子非蛋白类氨基酸,具有提高植物抗逆性作用,在植物的逆境胁迫响应中起着重要作用。基于活性结构拼接的思路,本论文利用β和γ两种构型的氨基丁酸对壳聚糖进行修饰,制备了新型壳聚糖氨基丁酸衍生物,并研究了其对干旱胁迫下小麦幼苗的抗旱作用。采用代谢组学技术,研究了小麦幼苗受衍生物影响的代谢调控情况,初步探讨衍生物对小麦幼苗的诱导抗旱机理。本论文主要取得了以下研究成果:1.利用壳聚糖氨基与氨基丁酸羧基发生酰胺化反应,合成了两类共6种新型壳聚糖氨基丁酸衍生物,并通过核磁碳谱、核磁氢谱以及傅里叶变换红外光谱表征了衍生物的结构,取代度达15%以上。2.土培盆栽干旱和水培模拟干旱两种干旱模型均使小麦幼苗的生长发育受到明显抑制,苗高、苗鲜重、苗干重均显著下降。衍生物处理与干旱模型组相比,显著降低丙二醛含量和电解质渗出率,缓解了干旱对叶片细胞膜的损伤;提高渗透调节物质含量,增加了叶片相对含水量;提高了光合性能,改善幼苗的生长发育状况,有利于茎的伸长和生物量的积累,提高小麦幼苗的抗旱性。水培模拟干旱实验结果更稳定,且实验过程操作更加简便、可控性好。3.采用含20%聚乙二醇6000的营养液模拟干旱环境进行6种衍生物的诱导抗旱活性筛选研究。结果发现6种衍生物对小麦幼苗均具有诱导抗旱作用,抗旱活性表现为3K-B＞9K-G＞1K-B＞9K-B＞3K-G＞1K-G,衍生物中氨基丁酸的构型及壳聚糖的分子量均能影响诱导抗旱活性,其中氨基丁酸构型的影响更为显著,含有β氨基丁酸的衍生物抗旱活性更好。3K-B具有最强的诱导抗旱活性,较干旱组生物量增加70%以上,与壳聚糖、氨基丁酸和二者复配相比,生物量增加40%以上。4.根据抗旱活性筛选结果,选取活性最好的衍生物3K-B,采用基于UHPLCQ-TOF-MS技术的代谢组学方法进一步研究了小麦幼苗代谢受壳聚糖氨基丁酸衍生物影响的情况。代谢组学结果表明,与干旱对照组相比,正常培养、水杨酸、β-氨基丁酸、壳聚糖、衍生物以及复配处理组分别得到了20、18、15、26、24、28个差异代谢物。结合对差异代谢物的KEGG代谢通路进行富集分析发现,与干旱组相比,壳聚糖衍生物3K-B处理可能通过调控小麦糖代谢、氨基酸和核苷酸代谢等途径来缓解干旱的影响,诱导多种氨基酸代谢下调,嘌呤和嘧啶代谢的上调,有利于蛋白质积累;诱导葡萄糖、果糖、甘露糖等含量上调,降低了细胞渗透势,提高了叶片的保水能力;诱导愈伤酸和吲哚乳酸等植物激素含量的上调,促进小麦幼苗的生长。3K-B处理与其他外源物质处理对比,主要调控了愈伤酸、糖类、核酸以及脂肪酸等物质的代谢,明显上调核苷酸代谢,并且对氨基酸代谢的调节更加明显,进一步揭示了衍生物能够调控小麦幼苗的碳氮代谢并提高其抗旱能力,还可能激活了特异的信号通路调控幼苗抗旱。本论文制备了两种构型的6种新型壳聚糖氨基丁酸衍生物,衍生物的诱导抗旱活性与壳聚糖的分子量和氨基丁酸的构型相关,其中用β-氨基丁酸修饰3000Da壳聚糖得到的衍生物3K-B具有最强的诱导抗旱活性。3K-B可能通过激活特异的信号通路调控某些蛋白质的合成来调控小麦抗旱。本研究为新型植物抗旱剂研发奠定了基础。