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执行景天酸代谢（Crassulacean Acid Metabolism,CAM）途径,是约7%的维管植物应对生境或者生态位周期性干旱胁迫的一种生存策略。尽管该代谢途径的核心通路已经被很好地描述,但是协调其工作的时钟节律、气孔运动与羧酸转运等生物学过程的关键基因、上游调控基因和相关调控机制,仍然是不清楚的。铁皮石斛（Dendrobium catenatum）是兰科的一种兼性CAM植物,能够随着基质含水量的变化执行不同强度CAM途径。本研究从发育过程和种植基质含水量的角度,探究铁皮石斛光合组织CAM途径的起始和生理特征;基于这些生理特征,开展成熟叶片CAM四个时期的转录组测序,分析比较不同时期之间差异表达基因和差异基因集,以及鉴定相关的时钟节律、气孔运动以及羧酸转运等生物过程关键基因;最后,利用大规模的光合组织（叶片）转录组数据,构建基因共表达网络,探讨与CAM途径及其相关生物学过程的调控机制和鉴定关键基因的转录因子。主要结果如下:（1）对铁皮石斛不同发育阶段,进行昼夜总有机酸的测定。结果显示,在类原球茎至假鳞茎形成之前的发育阶段,光合组织的总有机酸含量低(小于0.05 mol kg-1FW)并且没有明显的昼夜波动;在具明显的假鳞茎时期,叶片总有机酸含量表现为夜间高而白天低,有明显的昼夜波动;但假鳞茎的总有机酸含量昼夜波动不明显。这些结果表明,在发育过程中,铁皮石斛的光合代谢途径,是由C3向CAM转变的;CAM途径起始于具有明显假鳞茎生长发育时期,并且发生的器官为叶片。（2）对处于25%–35%（未受干旱胁迫）和0%（干旱胁迫）基质体积含水量（自由水）的、从顶端数起第三（或第四）片成熟叶进行昼夜光合速率的测定。结果表明,两种状态下的成熟叶都具有CAM特征,但前者CO2交换模式具有完整的典型CAM四个时期。对基质0%–45%体积含水量条件下的成熟叶,进行昼夜总有机酸含量的测定。结果显示,总有机酸含量在夜晚至白昼前期积累而白昼中后期下降,表现为明显的昼夜波动。线性回归分析显示,昼夜各个时间点的有机酸含量与基质体积含水量的线性关系斜率为-0.0002–0.0018之间且R2为0.0002–0.4430。这表明有机酸含量与基质体积含水量无明显的线性关系,CAM是成熟叶的固有生理代谢途径。（3）对铁皮石斛典型CAM四个时期的成熟叶进行测序,得到高质量的转录组数据。首先,通过对相邻时期的差异表达基因进行GO功能富集分析,发现各个时期间主要在时钟节律、响应光刺激、响应温度刺激以及响应内源激素信号等通路上富集。这些结果暗示,CAM途径可能是内外因子相互作用下的生理平衡。随后,本研究结合CAM时期的生理特征对相邻时期间的差异基因进行分析,鉴定了可能参与CAM途径调控的时钟节律转录因子、与气孔运动相关的离子转运蛋白和通道蛋白以及与羧酸转运相关的跨液泡膜、叶绿体膜和线粒体膜的通道蛋白等39个候选基因。此外,对相邻CAM时期间所有差异表达基因,进行了表达趋势和基因集富集分析;结果表明时钟节律与光刺激、转录调控、阳离子转运、激素响应等基因集具有同步表达的行为;与光合作用相关的基因,在时期III中转录活跃和表达上调,表明铁皮石斛在正午的气孔关闭不是C3植物类的光合午休。（4）利用包括干旱胁迫、冷胁迫、昼夜CAM时期和昼夜转换时间点在内等75个转录组数据,构建了基于加权皮尔森相关系数交互排名的基因共表达网络。基于86个与CAM途径相关的共表达基因模块,鉴定出PEPC、PPCK、NADP-ME、NADP-MDH、SLAC1、t DT、Ti D1、PUMP5、RP1等基因的候选转录因子和转录共激活因子。这些CAM途径关键基因的转录调控基因候选和调控网络,都与时钟节律、光温响应和激素ABA的信号途径相关,并且这些基因的启动子区,都具有冗余的光响应顺式作用元件和个别时钟节律、激素响应以及温度响应等元件。这些结果表明,CAM途径关键基因,受时钟节律调控以及激素ABA和外界光温等因子的共同作用。（5）与C3模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）比较,铁皮石斛核心时钟振荡器LHY与ABA合成和信号响应途径大部分基因的加权皮尔森相关系数在-0.65–0.43之间,这表明前者对后者并没有明显调控关系。并且ABA信号响应的相关基因和负调控ABA响应通路的大部分基因,在CAM时期II和时期III分别上调和下调,表现与气孔关闭的行为相偶联。基于这些数据,本研究推测,LHY与ABA合成和信号响应途径基因之间调控关系的解偶联,可能是CAM植物气孔运动异于C3植物的原因。综上所述,本论文掌握了铁皮石斛CAM途径在发育过程中的起始阶段和发生器官,以及成熟叶的CAM途径的生理特征;筛选了与该途径相关的时钟节律、气孔运动、羧酸转运等生物学过程的关键候选基因;挖掘了CAM相关基因的调控因子和调控网络;提出了CAM途径同时受时钟节律、激素ABA和外界光温因子调控的观点;以及推测CAM植物气孔运动异于C3植物的机制可能是LHY对ABA合成和信号途径基因调控关系的解偶联。本研究为进一步阐明CAM途径复杂的调控机理提供了新的资料,同时也为CAM基因工程提供了新的候选基因。