西瓜是重要园艺作物之一，其生长发育易受环境因素的影响。研究表明氮亏缺和重金属钒的存在均会对西瓜生长产生抑制。嫁接作为一种重要的农艺措施能有效提高植物生物和非生物胁迫抗性。褪黑素作为一种抗氧化剂和信号分子也被证实能增强植物的抗逆性。结合以上背景，本试验研究了嫁接和褪黑素对提高西瓜氮素利用效率和钒胁迫耐受性的作用机制，主要研究结果如下:　　1.研究了南瓜砧木嫁接对西瓜氮素利用效率的影响。以西瓜品种“早佳8424”[Citrullus lanatus(Thunb.)Matsum.and Nakai.]为接穗，南瓜砧木“青研一号”（Cucurbita maxima×C.moschata）为砧木进行嫁接，利用西瓜自嫁苗为对照，研究了不同嫁接组合在水培条件下两种氮浓度(9mM和0.2mM)下的氮素利用效率的差异。结果表明，在低氮（0.2mM）处理下，嫁接苗提高了西瓜接穗的氮素利用效率，促进了西瓜对N、P、K、Ca、Mg、B、Mn等元素的吸收。相对自嫁苗，嫁接苗的硝酸还原酶基因（Cla002787，Cla002791和Cla023145）和亚硝酸还原酶基因（Cla013062）的相对表达量均显著增加，有效提高了氮素同化速率。此外，嫁接苗相对叶绿素含量（SPAD）、叶片玉米素核苷(ZR)和异戊烯基腺苷(iPA)含量均显著高于自嫁苗。　　2.利用转录组分析了低氮处理下西瓜叶片和根系的全基因组表达情况。西瓜植株分别在0.2mM、4.5mM、9mM氮素水平下生长14天，之后对其进行生长参数和转录组分析。结果表明，低氮处理的干重和光合能力比高氮分别降低了29％和74％。低氮条件下，最大光化学量子效率(Fv/Fm)由高氮的0.78降低到0.71，叶、茎、根中的氮含量分别降低了41％、51％和27％。转录组分析表明，与高氮(9mM)处理相比，低氮处理诱导叶片中9598个基因差异表达，其中4533个基因(47.22％)表达上调，5065个基因(52.78％)下调;诱导根中3956个基因差异表达，其中1605个基因(40.57％)表达上调，2351个基因(59.43％)下调。低亲和铵转运蛋白和高亲和硝酸盐转运蛋白、氮同化、叶绿素合成、光合作用相关基因受氮水平调控，根系和叶片中硝酸盐转运蛋白基因（Cla010066，Cla009721，Cla012765）受低氮诱导。此外，钾转运体基因(Cla014680)仅在叶中受低浓度硝酸盐诱导。同时存在大量转录因子（1365个）参与了对低氮的响应。主要的转录因子家族包括AP2-EREBP、MYB、bHLH，C2H2和NAC。　　3.研究了不同浓度褪黑素对西瓜根系发育和氮素吸收的影响。在9mM和0.2mM的氮处理下，比较不同浓度褪黑素（0μM，0.1μM，1μM，2.5μM，5μM和10μM）对西瓜幼苗根系生长、根系形态及氮素吸收的影响。结果表明，褪黑素预处理显著降低了主根长度，但总根长、根表面积、根体积、平均根直径、根叉数均相对未处理前增加。在9mM氮素生长条件，5μM以下的褪黑素预处理对氮吸收没有显著影响，而10μM褪黑素可以一定程度的减少氮含量。值得注意的是，在0.2mM氮浓度下，褪黑素预处理显著提高了西瓜叶片和根系中氮含量。　　4.研究了西瓜幼苗对钒胁迫的响应，以及褪黑素提高西瓜钒胁迫耐受性的潜力。结果表明，褪黑素预处理降低了叶片和茎中钒含量，主要通过减少钒从根到茎的转运。褪黑素预处理增强了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性，降低了过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量，该过程主要是通过上调褪黑素的生物合成及抗氧化酶相关基因的表达。结合上述两点，褪黑素处理材料叶片和茎中降低的钒浓度与增强的抗氧化能力提高了其在钒胁迫下的相对叶绿素含量(SPAD指数)和光合速率等指标。　　5.研究了葫芦和南瓜砧木嫁接提高西瓜接穗对钒胁迫耐受性的生理机制。采用葫芦嫁接苗和南瓜嫁接苗为材料，以西瓜自嫁苗作为对照，研究了上述几种嫁接组合在水培条件下对50mg L-1钒处理的响应。结果表明，钒处理显著抑制了各嫁接组合的生长，而采用葫芦和南瓜砧木嫁接能有效缓解钒胁迫对植物的伤害。该过程主要通过降低叶片钒浓度，提高叶绿素相对含量（SPAD指数）、光合作用能力，上调超氧化物歧化酶(Cla008698，Cla0012125，Cla009820和Cla001158)、谷胱甘肽S-转移酶(Cla013224)和谷胱甘肽过氧化物酶（Cla021039）等基因在西瓜叶中的表达而实现。