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干旱严重影响的小麦的生长发育和产量,研究抗旱机理是小麦种质资源创制和新品种培育的重要基础之一。褪黑素是一种在植物中广泛存在的具有高度保守性的多功能小分子,近年来研究发现在植物非生物逆境胁迫中发挥着重要作用,但其在小麦中的生理功能还少有报道,对小麦抗旱性的影响尚不明确。为了明晰褪黑素在小麦水分胁迫中的作用机理,本研究在对来自我国黄淮和北方麦区的116份小麦种质进行抗旱鉴定的基础上,利用同重元素标记的定量蛋白质组学(iTRAQ)技术并结合生理生化和细胞学研究方法分析了土壤干旱和PEG胁迫下褪黑素处理小麦的生理生化响应和蛋白质组学差异,探讨了两种胁迫下褪黑素对小麦苗期抗旱性的影响,构建了小麦响应水分胁迫和褪黑素处理的蛋白质网络,以期为小麦抗旱机理研究和抗旱育种提供借鉴。论文研究取得的主要结论如下:1.筛选确定出了10份抗旱种质、3份耐生理脱水种质和1份褪黑素敏感种质通过对116份小麦种质资源材料在陕西关中地区杨凌和渭北旱塬永寿县进行两年的田间抗旱性鉴定,兰考矮早8号、177、98-10-30、PB1070、普冰945、渭科2号、小偃92、新9408、XNCW3和XNCW4表现出良好的抗旱能力,可以作为小麦抗旱育种的种质资源。烟2801、XNTC1和XNZK22具有较好的耐PEG胁迫和生理脱水能力,可以用于小麦苗期抗旱生理机制研究。PEG胁迫下烟995对褪黑素处理最敏感,可以作为褪黑素生理功能研究材料。2.土壤干旱胁迫下褪黑素提高了小麦幼苗的抗旱性褪黑素通过提高细胞中谷胱甘肽-抗坏血酸代谢(GSH-AsA)和其它抗氧化酶的累积增强了小麦的活性氧(ROS)清除能力,减轻了干旱胁迫下ROS对细胞和叶绿体的破坏,维持了植株在胁迫下的有限生长;增加了可溶性糖、可溶性蛋白、氨基酸等的生物合成提高了小麦的渗透调节能力,同时通过增大表皮细胞减小细胞间隙的方式降低了水分流失。3.PEG胁迫下褪黑素改善了小麦的种子萌发和幼苗生长褪黑素通过增加小麦幼苗根的平均直径和侧根数目,提高了根系的水分吸收能力;褪黑素通过提高细胞中GSH-AsA代谢和其它抗氧化酶的累积增强了小麦的抗氧化能力,维持了植株在胁迫下有限的光合作用;褪黑素增强了可溶性糖、可溶性蛋白和氨基酸的合成,提高了幼苗的渗透调节能力;褪黑素诱导了小麦的细胞自噬和蛋白质的泛素化降解途径,降解受损的大分子物质和细胞器,延长了小麦在胁迫下的存活时间。4.干旱和PEG胁迫下褪黑素诱导的蛋白质表达谱具有显著差异两种胁迫下褪黑素均能诱导抗氧化和GSH-AsA代谢中关键酶的差异累积,但诱导的抗氧化酶类型不同,且干旱胁迫下褪黑素诱导的抗氧化酶更多。干旱胁迫下褪黑素能诱导小麦幼苗产生更多上调累积的蛋白,这些蛋白涉及到苹果酸代谢、柠檬酸代谢、乙醛酸盐的降解和乙酰辅酶A的合成,以及脯氨酸、精氨基、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、甘氨酸和色氨酸的合成,而PEG则只诱导了与色氨酸、丝氨酸、鸟氨酸、缬氨酸和半胱氨酸合成相关的蛋白酶的累积。5.干旱和PEG胁迫诱导的蛋白质表达谱具有显著差异小麦对两种水分胁迫具有相似的胁迫响应,包括受抑制的光合作用、增加的ROS水平和渗透调节物质、增强的抗氧化代谢等。在蛋白水平上,干旱和PEG能选择性地增加MDH、DHAR、P5CS、P5CD、APX、GPX和GST等关键酶的积累从而增强苹果酸、脯氨酸、谷胱甘肽和抗坏血酸的合成与代谢,且干旱胁迫比PEG更能够诱导这些通路的激活。PEG特异诱导了精胺和亚精胺的生物合成,而土壤干旱特异诱导了鸟氨酸的生物合成。综上所述,本研究在筛选出10份抗旱种质、3份耐生理脱水种质和1份褪黑素敏感种质的基础上,证实了土壤干旱和PEG胁迫下褪黑素选择性诱导了抗氧化、渗透调节等代谢通路中关键酶的差异累积,增强了小麦的耐水分亏缺能力,为进一步研究褪黑素在增强小麦抗旱性中的应用奠定了基础。