菊芋(Helianthus tuberous L.)为菊科向日葵属多年生草本植物,富含菊糖,可生产乙醇和生物发酵,具有清热凉血,利水除湿,和中益胃的功效。南方红壤地区酸雨发生频率高,降雨量大,红壤普遍呈强酸反应,其富铝化程度很高,菊芋在南方推广种植,铝毒对其影响不容小觑。因而研究酸铝环境胁迫下菊芋生长状况及耐铝机理,能为缓解菊芋铝胁迫寻找方法,为提高菊芋产量提供科学和实践依据。本文从植物生理学角度来分析酸铝胁迫对菊芋生理特性的响应和外源水杨酸对铝胁迫下的缓解作用；通过RT-PCR技术从菊芋叶片中克隆半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的完全开放阅读框序列,胁迫表达分析,探索该基因与逆境胁迫的关系,为新品种的选育做出贡献。为开发具有优良抗性的菊芋新品种打下基础。主要研究结果如下：1、以耐铝性的南京菊芋和铝敏感的资阳菊芋为试验材料,在水培条件下,研究了酸铝复合胁迫对菊芋幼苗根系生长,叶片光合特性及抗氧化酶活性及可溶性糖和丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明：溶液的pH和铝浓度的变化对菊芋生理有明显的影响,最低浓度的铝处理在pH不同情况下已经影响了菊芋的正常生长,和对照组相比较,菊芋的根长明显受到抑制,但2个菊芋根长的变化幅度不大,根系活力增高,叶绿素含量、最大光能转换效率(Fv/Fm)、最大荧光产量(Fm)及电子转移速率(ETR)显著降低,超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)呈现相反的变化趋势,南京菊芋受抑制程度明显小于资阳菊芋,显示处理两个菊芋品种的耐铝性差异,初始荧光(F0)、可溶性糖以及MDA含量均上升。光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(qN)出现相反的变化趋势,伴随着铝浓度处理的升高,菊芋的各项生理指标差异性加大；不同铝胁迫下,菊芋体内各个生理指标变化有显著差异性,随着铝浓度增加,根系活力和抗氧化酶活性增加。通过灰色关联度分析,与菊芋耐酸铝性关系最密切的指标是叶绿素、qN,其次是ETR、MD A和Fv/Fm。2、研究外源SA对铝胁迫下菊芋幼苗叶片生长特性、光合特性抗氧化酶活性及耐铝性的影响。结果表明：经过500μmol/L铝处理21d后,南京菊芋和资阳菊芋均受到一定的抑制,株高、叶绿素含量、Fv/Fm、Fm及ETR显著降低,SOD、POD与CAT呈现相反的变化趋势,显示出2个菊芋品种的耐铝性差异。Fo、可溶性蛋白含量、超氧阴离子产生速率(O·2-)、游离脯氨酸含量(Pro)以及MDA含量均上升。喷施50μmol/LSA后显著提高菊芋的株高及根长、叶绿素含量及叶绿素荧光相关指标、抗氧化酶活性;降低叶片的超氧阴离子产生速率(O·2-),可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量(Pro)和MDA含量呈现上升的变化趋势。通过灰色关联度分析可知,喷施SA对菊芋的叶绿素b、Fm和ETR影响最大。由隶属函数分析得出,每天喷施50μmol/L SA通过提高抗氧化酶活性和光合作用等途径缓解铝胁迫对菊芋造成的伤害,增强菊芋抵抗铝胁迫的能力。3、利用RT-PCR技术从菊芋叶片中克隆CP因的完全开放阅读框序列,进行生物信息学和胁迫表达分析。结果表明,所获得的序列具有半胱氨酸蛋白酶抑制剂特征性的结构域,HtCPI由333bp的核苷酸组成,含有4个糖基化位点和2个蛋白激酶C磷酸化位点。蛋白质结构预测,HtCPI推定的蛋白(HtCY)具有跨膜结构和信号肽。系统进化树分析,HtCY与山杨CY蛋白相似性为96%,与姜黄的CY相似性为94%；经氨基酸序列比对,推断的该蛋白有一个高度保守的QKVKQ结构域和一个保守LAKFAVDHHN结构域。POST结果表明,HtCY可能定位于内质网上。组织特异性检测表明,HtCPI在根、茎、叶中均有表达,在茎中的表达量最高。Real-time PCR分析表明,AlCl3、NaCl、EG、SA等处理均能诱导菊芋根和叶中HtCPI基因表达上调,且在6h、12h或24h后表达量最高。推测该基因参与了菊芋对生物或非生物胁迫的防御机制。