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我国小麦生产中面临氮肥施用量过大且利用率低的问题。小麦的形态和生理可塑性是减少产量损失、提高资源利用效率的重要因素,且可塑性与Expansin、WRKY、NAR、NRT和PSB等基因家族的表达及调控有密切关系。因此,如何在减少施氮量的前提下,充分利用小麦的形态生理可塑性,维持小麦产量成为亟待解决的问题。本研究通过水培试验调查氮饥饿下冬小麦幼苗叶片和根系形态、生理参数、氮素吸收利用规律、各器官中不同基因家族成员的表达量及蛋白含量。明确了氮饥饿下小麦形态和生理的可塑性;结合生物信息学,探明氮饥饿下各基因的表达调控与小麦形态和生理可塑性的关系;并鉴定挖掘出与氮高效吸收和利用相关的基因。该研究可为通过转基因的方法鉴定氮高效基因提供参考,同时为合理减量施氮,充分利用冬小麦形态和生理的可塑性,提高氮肥利用效率提供理论指导。主要研究结果如下:1.氮饥饿下小麦幼苗形态和生理的可塑性氮饥饿时小麦幼苗通过根系指标与光合生理指标的可塑性来弥补氮亏缺的不利影响,从而维持小麦正常生长。本研究表明,氮饥饿抑制了小麦幼苗叶片的生长,氮饥饿处理1、3、5、7天后株高、叶重、叶面积均低于正常氮处理,氮饥饿5天时显著低于正常氮处理。氮饥饿促进了小麦幼苗根系的生长,氮饥饿处理1、3、5、7天后根系指标如根长、根表面积、根体积、根重均高于正常氮处理,氮饥饿5天时显著高于正常氮处理。氮饥饿5天时根尖分生区细胞数量显著高于正常氮处理,有利于根的生长。氮饥饿下小麦幼苗叶片的光合速率和气孔导度先增加后降低,在氮饥饿5天时显著高于正常氮处理,7天后开始低于正常氮处理。2.氮高效基因的鉴定与筛选氮饥饿条件下,小麦的分子响应机制可为今后筛选氮高效基因提供依据。本研究对N1和N0处理下的小麦根和叶分别取样进行转录组和蛋白组测序,然后利用生物信息学的方法,基于转录组和蛋白组数据库,一共筛选出38、32、5、4、12个响应氮饥饿的Expansin、WRKY、NAR、NRT和PSB差异表达基因。分析氮饥饿下根和叶中不同基因的表达量可知,氮饥饿下24、4、2、4个Expansin、WRKY、NAR、NRT差异基因在根组织中表达量提高;7、13、3个Expansin、WRKY、NAR差异基因在根组织中表达量降低。氮饥饿下4、10、2、1个Expansin、WRKY、NAR、PSB差异基因在叶片中表达量提高;3、9、2、11个Expansin、WRKY、NAR、PSB差异基因在叶片中表达量降低。然后找到了这些差异表达基因的进化关系、染色体分布和基因结构。根据构建的系统进化树可以发现Expansin、WRKY、NAR、NRT和PSB差异基因可分为3,3,2,3,12个亚族。染色体定位结果表明5个基因家族差异基因分别分布在小麦的17,16,3,4,13条染色体上。基因结构分析表明5个基因家族差异基因外显子数目分别在2-5,1-5,2-4,1,1-5之间。GO富集和KEGG富集结果表明氮饥饿下在根中表达量显著提高的24个Expansin基因（EXPA31、EXPA14、EXPA24和EXPA9等）富集在与细胞壁延展功能相关的组分中;分别在根和叶中表达量显著降低的1个WRKY71与1个WRKY24基因富集在ABA或GA信号通路中;在叶中表达量显著降低的2个NAR7基因和根中表达量显著提高的4个NRT基因富集在氮代谢途径中;叶中11个表达量显著降低的PSB基因（PSB27、PSB28、PSBD、PSBM等）和1个表达量显著提高的PSBR基因富集在光合作用光系统II通路中。3.与小麦幼苗形态和生理可塑性有关的氮高效基因氮饥饿时小麦幼苗根系形态变化可能与Expansin、WRKY和NRT基因家族相关。氮饥饿时根中表达量显著降低的WRKY71基因抑制了ABA信号通路,可能对根的生长有抑制作用。而根中表达量显著提高的Expansin和NRT基因可能最终促进了小麦幼苗根系的发育。Expansin基因主要是EXPA31、EXPA14、EXPA9、EXPA24诱导了根细胞壁延展,进而促进了根系伸长,增加了根表面积,促进了氮的吸收;NRT基因主要是NRT2.1、NRT2.2、NRT2.3、NRT2.4促进了根氮代谢通路中硝酸盐向细胞内的转运,可能促进了根系对氮的吸收,有利于根的生长。氮饥饿时小麦幼苗叶片形态变化可能与NAR、WRKY基因家族相关。氮饥饿时叶中表达量显著降低的NAR7基因抑制了氮代谢通路中硝酸还原为亚硝酸的过程,可能减少了叶片对氮素的吸收,不利于叶片的生长;叶中表达量显著降低的WRKY24基因抑制了ABA与GA信号通路,可能抑制了叶片的发育和叶面积的增加,光合面积减小,从而影响了叶片对氮素的吸收。氮饥饿时小麦幼苗的光合作用可能与PSB基因家族相关,叶中表达量显著提高的1个PSBR基因对光合作用有促进作用,而叶中表达量显著降低的PSB27、PSB28、PS BD与PSBM基因可能最终抑制了光合作用,降低了光合速率。