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玉米不光是人类消耗最大的粮食作物,也是生产各种饲料的重要原料和全球总产量最高的粮食作物。干旱是制约我国玉米生产和产量提高的首要因素,玉米产量受干旱影响可达20%50%,培育高产抗旱的玉米新品种是减少干旱影响的最经济有效的方法之一。在抗旱玉米新品种培育和推广应用中传统育种技术发挥了积极的作用,但传统育种技术耗时费力、成本高昂,同时周期长、成效少。通过基因工程技术培育高产抗旱作物对于农业的发展具有十分重要的意义,利用转基因技术对作物品种进行定向改造,不仅可以加速优良生物品种的筛选和培育过程,而且可以打破生物间的生殖隔离,跨越物种进行优良基因的转移,极大地拓展了可利用的基因资源。但在利用转基因技术培育优良作物品种之前必须弄清楚植物的抗旱机制。研究清楚抗旱玉米品种的抗旱机制能够为提高作物抗旱性提供理论依据,也为抗旱玉米新品种的培育提供理论指导。本论文研究转TPS1基因增强玉米的抗旱性的生理生化机制,发现酵母TPS1提高玉米抗旱性的原因可能是TPS1的表达促进根系生长、增加花青素含量积累和提高光合能力从而提高玉米的抗旱性,主要研究结果如下:1.酵母TPS1基因促进干旱胁迫下的玉米的根系生长在干旱条件下,TPS1基因显著促进玉米根系发育,转基因玉米根系生长状况优于野生型。结果显示,干旱胁迫后的转酵母TPS1基因玉米平均根长为10.4cm、根直径为1.02 mm,而野生型平均根长为5.8 cm、根直径为0.90 mm,分别比野生型增加了79.3%和13.3%。主根数无显著差异,而转TPS1基因玉米的一级侧根数为20.1条,比野生型增加了3.4倍;转TPS1基因玉米具有明显二级侧根,但野生型无二级侧根。另外转酵母TPS1基因玉米根系总吸收面积为1.92 m2、活跃吸收面积为0.95 m2、比表面积为1.47 m2·cm-3和根系活力为0.070 mg·g-1·h-1;野生型根系总吸收面积为1.27 m2、活跃吸收面积为0.63 m2、比表面积为1.27m2·cm-3和根系活力为0.059mg·g-1·h-1,分别比野生型增加了51.2%、50.8%、15.7%和18.6%。转基因玉米根系的生长素含量为2.03μg·g-1,较野生型提高了35.7%;而转基因玉米根系的细胞分裂素含量为26.95μg·g-1,较野生型下降了26.5%。进一步对玉米根系生长相关基因的相对表达水平分析发现,与生长素有关的根系生长正调控基因plt1、pin1、aux/iaa、crl1相对表达量比野生型上调,分别是野生型的2.8倍、1.5倍、4.4倍和2.0倍,而与细胞分裂素有关的根系生长负调控基因wox11、arr2、arr1相对表达量比野生型下调,分别比野生型下降了20.8%、59.7%和90.3%。2.转tps1基因促进干旱胁迫条件下的花青素积累提高玉米植株抗旱性以不同浓度的peg-6000溶液模拟干旱胁迫条件,研究转tps1基因玉米植株抗旱性增强的原因。结果表明,随着干旱胁迫加重,野生型和转基因玉米植株的叶片相对含水量和耐旱系数逐渐降低;但转基因玉米植株叶片相对含水量和耐旱系数高于野生型,表明转基因玉米植株比野生型更抗旱。同时随着干旱加重,野生型和转基因玉米植株花青素含量也随之增加,且转基因玉米植株的花青素含量高于野生型。相关性分析表明,花青素含量与转基因玉米抗旱性增强显著相关。干旱胁迫前,转tps1基因玉米植株花青素含量与野生型植株无显著差异,而在10%peg-6000模拟干旱胁迫条件下,转tps1基因玉米植株根、茎、叶的花青素含量分别是0.516nmol·g-1（fw）、0.674nmol·g-1（fw）和0.754nmol·g-1（fw）,分别是野生型的8.5、5.4和1.8倍,极显著高于野生型。分析调控花青素合成基因的相对表达量结果表明,正调控基因pl1、r1和pac1在转基因植株根、茎、叶中相对表达量均上调,而负调控基因c1-i-2k1在根、茎、叶中相对表达量下调,分别比野生型下降了63.8%、60.2%和85.1%。表明tps1基因的表达影响花青素合成调控基因的表达促进花青素积累,进而提高植株抗旱性。此外,干旱胁迫后,转基因植株的cat活力是20.12u·mgprot-1,比野生型高56.3%,转基因植株的mda含量是1.12nmol·mgprot-1,比野生型低36.7%,说明tps1基因的表达提高了玉米抗氧化能力。3.干旱胁迫条件下转tps1基因提高玉米光合能力利用li-6400光合测定系统测定干旱胁迫下转tps1基因玉米的光合参数。结果表明干旱胁迫后转tps1基因玉米的净光合速率是17.03μmolco2·m-2·s-1,比野生型玉米高69.2%,而转基因玉米的气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率分别是0.12 mmolH2O·m-2·s-1、150.55μmolCO2·mol-1和2.25 mmol H2O·m-2·s-1,比野生型分别下降了43.8%、14.1%和45.8%,同时干旱胁迫下转TPS1基因玉米光补偿点低,能够利用有效光照范围比野生型宽,说明在干旱胁迫下转TPS1基因玉米的光合能力比野生型要强。干旱胁迫后转TPS1基因玉米的叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素总含量分别是0.94 mg·g-1、0.25 mg·g-1和1.19 mg·g-1,分别比野生型高40.5%、33.2%和38.9%,但叶绿素（a/b）值在干旱胁迫前后未有显著变化,说明在干旱胁迫下转TPS1基因玉米的叶绿素降解程度低于野生型玉米。同时研究表明干旱胁迫后转TPS1基因玉米的RBC酶活为237.78 U·g-1,比野生型高35.4%,与野生型相比具有极显著差异,且RBC基因相对表达量是野生型的3.6倍;同时与野生型玉米相比,转TPS1基因玉米的PEPC酶活为40.00 U·g-1,比野生型高15.7%,与野生型相比具有极显著差异,且PEPC基因相对表达量是野生型的1.6倍;转基因玉米的ME酶活和其基因表达量与野生型相比没有显著差异,说明干旱胁迫下TPS1基因提高了玉米光合酶的活性。4.转TPS1基因对玉米开花时间及产量的影响自然状态条件十分复杂,玉米在自然条件下会受到干旱等胁迫,本研究的启动子rd29A为胁迫诱导型启动子,研究表明在自然状态下转TPS1基因玉米的TPS1基因能够正常表达。研究发现转TPS1基因玉米的开花比野生型玉米提前,比野生型玉米的提前15.3 d。Real-time PCR分析表明转基因玉米的FT和CO基因的表达量与野生型玉米没有显著差异,而转TPS1基因玉米的AP1基因的表达量是野生型的13.2倍。说明由于TPS1基因的表达影响AP1基因的表达,从而影响了转TPS1基因玉米的开花时间。同时研究表明转TPS1基因玉米的穗长、秃尖、穗粗、穗行数、行粒数和轴粗与野生型玉米没有显著差异,而转TPS1基因玉米的百粒数比野生型的要高48.6%,这表明TPS1基因的表达影响了玉米的百粒重,说明TPS1基因的表达促进了玉米籽粒的物质积累而提高产量。