OFP是一类植物特有的转录因子,在调控植物器官形态建成和响应非生物胁迫等过程发挥重要作用。为了研究大豆OFP转录因子家族成员特征及其在干旱胁迫和盐胁迫中的作用,运用生物信息学方法对大豆OFP家族成员进行鉴定和分析。结果表明:在大豆中共鉴定到41个GmOFP基因,命名为GmOFP-1~GmOFP-41;这些基因不均匀地分布在大豆19条染色体上,编码152~414个氨基酸;亚细胞定位预测大豆OFP蛋白主要定位在细胞核、叶绿体、线粒体中;在大豆OFP蛋白中共鉴定到10个保守基序,其中保守基序1和2存在于所有OFP成员中;系统发育分析将大豆和拟南芥OFP蛋白分为5个亚家族Class Ⅰ~Class Ⅴ,其中大豆OFP家族基因主要分布在Class Ⅰ和Class Ⅲ中;共线性分析发现,大豆基因组OFP成员中有75对基因存在共线性关系,4对基因存在串联重复,仅有2个基因GmOFP-2和GmOFP-39没有共线性关系,表明基因片段复制是导致大豆OFP家族成员增多的主要原因。通过qRT-PCR方法分析了GmOFP基因家族成员在干旱胁迫和盐胁迫处理下的表达模式,结果表明:与对照相比,41个GmOFP基因中有16个GmOFP成员在干旱处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-15、GmOFP-17、GmOFP-32显著上调表达,GmOFP-4、GmOFP-5、GmOFP-6、GmOFP-9、GmOFP-12、GmOFP-21、GmOFP-23、GmOFP-25、GmOFP-26、GmOFP-27、GmOFP-38、GmOFP-39、GmOFP-40显著下调表达;有8个GmOFP成员在盐处理后基因表达水平表现出显著差异,其中GmOFP-7、GmOFP-14、GmOFP-31、GmOFP-32、GmOFP-36、GmOFP-40显著上调表达,GmOFP-1、GmOFP-15显著下调表达。综上所述,大豆OFP基因家族在应对干旱胁迫和盐胁迫中可能具有重要功能。

旨在明确外源甜菜碱(GB)对高温干旱复合胁迫(TD)下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合系统的调控机制,为缓解作物极端环境胁迫提供理论依据。以先玉335为材料,于三叶一心期对叶片喷施用不同浓度(0,50,100,200,400 mmol/L)GB溶液,24 h后,通过人工气候箱模拟高温(昼/夜温度40 ℃/28 ℃)并利用20% PEG-6000诱导中度干旱构建复合胁迫环境,探讨GB对TD下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合作用的调控效应。结果表明,100 mmol/L GB显著促进植株生长,与TD处理相比,玉米株高、叶面积、茎叶及根系干质量分别增加27.48%,27.45%,28.33%,78.26%,根冠比提高14.91百分点。在胁迫后5 d,100 mmol/L GB显著增强了抗氧化酶活性,其中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提升69.09%,69.02%,41.81%;同时,丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}^{\bar{.}}_{2}$)和过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低21.92%,6.50%,25.33%。此外,可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量分别提升31.69%,18.98%。光合特性分析显示,GB可有效改善叶绿体基粒和基质类囊体的片层系统结构,从而显著提升复合胁迫下叶片的SPAD值,并减轻胁迫对光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的损伤,具体表现为初始荧光(F0)降低,可变荧光(Fv)和最大荧光(Fm)提高。此外,通过缓解复合胁迫引起的气孔与非气孔限制,100 mmol/L GB处理显著提升了叶片的光合性能,使胁迫后5 d的净光合速率(Pn)增加24.14%。综上,高温干旱复合胁迫下,外源GB可通过提高抗氧化酶活性和细胞渗透调节能力来保护光合系统,从而缓解胁迫伤害并促进玉米幼苗生长。

研究干旱对花生农艺及生理生化性状的影响,并探究抗旱分级方法,筛选花生抗旱品种。以27个花生种质为试验材料,播后30 d测定花生干旱胁迫下农艺性状指标,并通过相关性分析、主成分分析、聚类分析和隶属函数法等相结合的方法进行抗旱性分级,选取抗旱型花生冀农花3号(JNH3)、中间型L231、敏旱型L236进行生理生化指标测定和显微结构观察,对不同抗旱型进行鉴定,获得不同抗旱性花生种质。结果表明:不同环境下干旱处理后主茎高降幅为2.26%~34.06%,第一对侧枝长降幅为1.11%~57.20%,主茎基粗降幅为1.54%~38.36%,根冠比降幅为65.01%~92.83%。据综合加权隶属函数将花生材料聚类为抗旱型、中间型和敏旱型3类,其中中间型和敏旱型花生上述性状较对照均达到显著水平。干旱胁迫下花生功能叶片ROS升高,通过NBT、DAB染色,发现不同抗旱类型花生ROS差异表达,其中NBT和DAB染色由浅到深均为冀农花3号、L231和L236,符合抗旱型分类。不同抗旱型花生各项酶活指标和渗透调节物质含量与对照相比均有显著提高,POD活性冀农花3号提高42.71%,L231提高26.04%,L236提高20.59%,不同品种间差异均达到显著水平,CAT活性趋势与上述一致。SOD活性冀农花3号提高48.01%,L231提高63.49%,L236提高73.15%,不同品种间差异均达到显著水平;MDA活性趋势与上述一致。脯氨酸含量冀农花3号提高1.10倍,L231提高1.07倍,L236提高1.03倍;可溶性糖含量冀农花3号提高44.06%,L231提高31.54%,L236提高38.62%,不同品种间差异均达到显著水平。干旱胁迫下花生根系生长受限,根总长和根总面积显著降低,根尖细胞部分坏死,程度由浅至深分别为冀农花3号、L231和L236。

干旱胁迫对玉米生长发育造成严重影响,从而导致玉米产量降低。紫色酸性磷酸酶是一种参与植物多种生理生化功能的磷脂酶蛋白,为进一步深入研究紫色酸性磷酸酶家族基因在玉米抗逆过程中的作用,探究了ZmPAP26b基因在干旱胁迫下响应模式,利用实时荧光定量分析模拟干旱条件下不同玉米自交系中的基因相对表达量;从玉米中克隆ZmPAP26b(GenBank:NC_050104.1),并对玉米、拟南芥、水稻、小麦、高粱和二穗短柄草中的PAP基因进行鉴定和生物信息学分析;同时构建原核过表达菌株进行功能验证。结果表明,干旱胁迫下该基因在耐旱材料中表达量下降,干旱敏感材料中表达量上升。该基因CDS全长1 431 bp,编码476个氨基酸。在6个物种中共发现228个PAP基因,系统发育分析发现,共分成4个亚家族。玉米中的19个PAP基因分布在9条染色体上并且具有相似的保守结构域,启动子顺式作用元件分析显示含有响应干旱和激素等元件。原核表达试验发现,含有重组质粒pET28a-ZmPAP26b的菌株在10%PEG-6000和15%PEG-6000模拟干旱胁迫下的生长与空载菌株都受到了抑制。综上所述,推测ZmPAP26b在干旱胁迫下呈负调控模式。

Metacaspase(MC)是一种精氨酸/苏氨酸特异性蛋白酶,研究表明其在细胞程序性死亡中发挥作用。为探究 MC家族基因在甘蓝型油菜基因组中的分布及其是否响应干旱胁迫,对甘蓝型油菜MC家族基因成员的理化性质、系统发育、基因结构、保守结构域、顺式作用元件及干旱(PEG6000)和脱落酸(ABA)胁迫下的表达模式进行系统分析。共鉴定到25个BnMC基因,染色体定位显示,25个BnMC分布于13条染色体上,17个成员定位于细胞核,7个成员定位在细胞质;系统进化树将BnMC分为2个大类(Ⅰ型和Ⅱ型),4个分支(Group A、Group B、Group C和Group D),同一分支的BnMC具有相似的基因结构和保守基序分布。MC家族基因的核心启动子区包含的顺式作用元件有光响应元件、植物激素响应元件、植物生长发育响应元件和胁迫响应元件,非生物胁迫响应相关的所有顺式作用元件中,脱落酸响应元件(ABRE)数目最多,为79个,所有成员都含有该元件。转录组学结果分析发现,干旱胁迫后BnMC10、BnMC22、BnMC1、BnMC12、BnMC8的表达量上调,BnMC4和BnMC5表达下调。qRT-PCR检测显示,BnMC10、BnMC8、BnMC1、BnMC12在根和叶中均有表达,且受PEG6000和ABA诱导上调,其中BnMC1受诱导上调最为显著。综上所述,甘蓝型油菜响应干旱胁迫涉及对MC家族基因的表达水平调控。

为挖掘胡麻响应干旱胁迫的关键基因并解析其内在分子机理,以期为抗旱品种选育提供理论支持。以胡麻抗旱品种天亚13号根系为材料,采用不同浓度(5%,10%,20%,30%)的聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫。通过分析根长、根粗及干/鲜质量比等生理指标,确定20% PEG为最适胁迫浓度,该浓度处理下上述指标较对照分别显著降低31.63%,30.50%和13.39百分点。在此基础上,利用Illumina转录组测序技术对不同干旱胁迫时间点(8,16,24 h)的根系进行转录组分析,分别鉴定到5 428,5 304和3 603个差异表达基因(DEGs)。KEGG富集分析表明,这些差异表达基因显著富集于碳水化合物代谢途径(12个基因)、甜菜碱生物合成途径(4个基因)及抗氧化防御系统(36个基因)等关键过程。通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证,其表达趋势与RNA-seq结果一致,证实了数据的可靠性。系统揭示胡麻在干旱胁迫下通过协同调控渗透调节物质(如甜菜碱)合成、能量代谢重编程(碳水化合物代谢)以及活性氧清除机制以增强抗旱能力,为胡麻分子设计育种提供了重要的理论依据和候选基因资源。

捕光叶绿素a/b结合蛋白在植物光合进程及非生物胁迫响应中发挥着重要的作用。为了研究陆地棉GhLhcb2A1基因特征、表达特性以及在低温和干旱响应中的功能,以冀棉262叶片cDNA为模板进行PCR扩增,获得了GhLhcb2A1基因的CDS全长,通过生物信息学分析了基因及其编码蛋白的基本特征,利用qRT-PCR技术检测了基因的组织表达特性以及低温和干旱响应表达模式,采用病毒诱导的基因沉默技术验证了GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中的功能。研究结果表明,GhLhcb2A1基因CDS全长为798 bp,编码265个氨基酸。GhLhcb2A1在叶片中高表达,在低温和干旱处理的叶片和根中显著上调表达,并在低温和干旱处理3 h的叶片中达到最大值,分别是对照叶片中的17.42,30.03倍,在低温处理6 h和干旱处理12 h的根中达到最大值,分别是对照根中的11.65,65.04倍。亚细胞定位结果表明,GhLhcb2A1蛋白在细胞叶绿体中表达。GhLhcb2A1基因沉默植株与对照植株相比,低温和干旱处理造成的植株失水干枯等表型更严重,叶片积累的丙二醛含量显著升高,脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性则显著降低,说明GhLhcb2A1基因沉默植株对低温和干旱胁迫的抵抗力降低。以上研究表明,GhLhcb2A1基因在低温和干旱响应中发挥正调控的作用。

泛素化途径是植物响应干旱胁迫的关键信号途径之一。为明确E3泛素连接酶TaSINA101基因响应干旱胁迫的生物学功能,以小麦抗旱优异品种晋麦47为材料,克隆TaSINA61、TaSINA101和TaSINA105基因,利用生物信息学手段分析其序列特征,通过qRT-PCR检测3个基因在PEG-6000、NaCl、低温和ABA处理下小麦根和叶中表达量的变化。通过转基因水稻异源表达TaSINA101,分析TaSINA101响应干旱胁迫过程中的生物学功能。结果表明,TaSINA61、TaSINA101、TaSINA105基因均包含1个内含子和2个外显子,编码的蛋白质均由282个氨基酸组成,启动子区主要包含生长发育调控元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。qRT-PCR表达分析显示,这3个基因在根和叶中均受干旱胁迫等各种非生物胁迫诱导表达。干旱胁迫处理TaSINA101转基因水稻的表型分析发现,转基因水稻株系OE-1、OE-2和OE-3叶片的鲜质量及干质量、最大根长、根系平均直径和叶片相对含水量各项指标均显著低于野生型,而转基因水稻株系OE-1、OE-2叶片相对电导率则显著高于野生型。因此,TaSINA101负调控水稻的干旱胁迫耐受性,为深入解析小麦TaSINA101基因的生物学功能提供了依据。

探究不同程度干旱胁迫对小麦抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、光合特性以及产量构成的影响,为优化小麦节水生产提供理论依据和技术支撑。于2023—2025年在山东省农业科学院龙口试验田设置重度干旱(I-hd)、中度干旱(I-md)、轻度干旱(I-fd)和适宜水分(I-sm)4种土壤水分梯度,系统分析了不同干旱胁迫下小麦抗氧化酶活性、MDA含量、光合特性以及籽粒产量构成。结果表明:相较于中度和重度干旱,轻度干旱和适宜水分均有利于优化穗数、穗粒数和千粒质量,从而显著提高籽粒产量,增产幅度2 a均值达11.1%~51.0%。轻度干旱和适宜水分下各生育时期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性显著提升,各生育时期叶片MDA含量显著降低,对降低细胞膜脂氧化程度和延缓植株衰老具有重要作用。轻度干旱和适宜水分条件下孕穗、开花和灌浆中期叶片叶面积指数(LAI)、叶绿素相对值(SPAD值)和净光合速率(Pn)均维持在较高水平,为光合速率的提升提供生理基础,而中度及重度干旱条件下上述指标全生育期大幅降低。相关分析表明,抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性与MDA含量呈显著负相关,与光合特性(LAI、SPAD、Pn)及产量构成要素(穗数、穗粒数、千粒质量)呈显著正相关,为保持较高光合能力提供生理保障。综上,轻度干旱与适宜水分均会大幅提高各生育时期叶片SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA等有害物质含量,并且优化叶片LAI和SPAD值进而改善叶片Pn,最终籽粒产量提高11.1%~51.0%。然而,轻度干旱与适宜水分下籽粒产量、抗氧化酶活性及光合特性间差异较小,因此,本研究认为轻度干旱条件下,可通过优化光合特性和叶片抗氧化能力来实现小麦稳产高产,为作物节水生产提供可靠的实践途径。

为研究OsASL1.1基因的表达特性及在干旱胁迫响应中的作用,分析OsASL1.1蛋白的亚细胞定位和OsASL1.1基因启动子区顺式作用元件,并利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析OsASL1.1基因在脱落酸(ABA)、甘露醇、聚乙二醇6000(PEG6000)下的表达模式,同时以Kitaake为背景采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Cas9-OsASL1.1突变体,分析突变体的突变类型,并对突变体进行ABA敏感性和抗旱性分析。结果表明,OsASL1.1蛋白主要在质体中表达。OsASL1.1基因启动子区含有低温响应、植物激素(ABA、生长素)响应等顺式作用元件,其中,ABA响应顺式作用元件(ABRE)有5个。OsASL1.1基因受ABA、甘露醇、PEG6000诱导表达。获得了Cas9-6和Cas9-12两个纯合的突变类型,Cas9-6有17 bp的插入,导致翻译提前终止;Cas9-12有12 bp的缺失,导致缺失4个氨基酸。ABA处理下,Cas9-OsASL1.1突变体和野生型的主根伸长都受到了抑制,但Cas9-OsASL1.1突变体受到的抑制程度低于野生型。150 mmol/L甘露醇处理下,Cas9-6和Cas9-12突变体的存活率均显著低于野生型,以Cas9-6的存活率最低。综上,Cas9-OsASL1.1突变体对ABA的敏感性降低,对干旱的抗性降低,即OsASL1.1 基因功能丧失降低了水稻对ABA的敏感性和抗旱性。

为了探讨干旱和品种对小麦灌浆期旗叶下午净光合速率(Pn)、光合关键酶活性和产量的影响,2019—2021年度在池栽全生育期遮雨条件下设置包括重度(W1)、中度(W2)、轻度(W3)干旱和适墒(W4)的4个水分处理,在灌浆前期、中期的14:00—16:00测定了强抗旱性品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性品种偃展4110(YZ4110)的旗叶Pn、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)、ATP合成酶(ATPase)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性以及成熟期的产量。结果表明,干旱使小麦灌浆期旗叶下午Pn、多数光合酶活性以及产量降低,总体表现为干旱胁迫程度越大,上述指标的降幅也越大,但其影响效应存在品种和年际差异。W1、W2和W3与W4相比,旗叶下午Pn,JM47分别降低33.6%~40.6%,12.0%~30.5%和5.0%~13.5%,YZ4110分别降低44.0%~52.0%,22.5%~38.1%和11.5%~20.5%;旗叶下午Rubisco活性,JM47灌浆前期降低、灌浆中期增加,而YZ4110分别降低13.3%~25.6%,7.1%~14.0%和11.2%~11.6%;旗叶下午RCA活性,灌浆前期多显著降低,灌浆中期JM47在W2和W3下增加,而 YZ4110在W1和W2下降低;旗叶下午ATPase活性,JM47在W1下降低、W3下提高,而YZ4110分别降低19.3%~48.7%,7.2%~24.2%和0.1%~8.9%。不同水分处理的旗叶下午PEPC活性因生长季和品种而异,但W1与W4相比,JM47和YZ4110的旗叶下午PPDK活性分别降低12.4%~18.8%和16.7%~18.2%。与YZ4110相比,JM47旗叶下午Pn和光合酶活性在适墒下多无显著差异,但干旱下多表现为升高。相关性分析结果表明,产量、旗叶下午Pn与灌浆期旗叶下午ATPase活性和灌浆前期旗叶下午PEPC活性呈极显著正相关,因而在灌浆期下午保持较高的旗叶ATPase和PEPC活性有利于提高小麦旗叶下午Pn和籽粒产量。

为揭示半干旱区马铃薯在关键生育阶段生长发育及光合特性对不同水分梯度的响应特征,通过开展渍水(土壤含水量保持85%田间持水量)和干旱胁迫(土壤含水量为65%田间持水量时开始持续干旱)的模拟试验,对马铃薯各项生长发育及光合指标进行研究。结果表明,随着生育进程,渍水处理下马铃薯株高、生物量积累与正常灌溉处理相差不大,干旱胁迫下显著降低马铃薯株高生长及生物量的积累,同时干旱胁迫明显降低马铃薯叶片光合特性,其中净光合速率、气孔导度分别下降43%,55%,渍水处理各光合参数(除气孔导度外)与正常灌溉处理无显著差异。干旱胁迫及渍水处理不同程度降低马铃薯叶片的光合能力及对光能的利用,其中渍水条件下马铃薯叶片遇强光时生长发育更易受到抑制,并且降低马铃薯叶片活性,马铃薯叶片在干旱条件下遇弱光时生长发育更易受到抑制,但未降低马铃薯叶片活性。综合分析发现,半干旱区马铃薯在块茎膨大期更易受到干旱胁迫的影响,其次是渍水持续时间较长影响马铃薯的生长发育。

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA 等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

探讨接种丛枝菌根真菌(AMF)对干旱胁迫下药用牡丹凤丹生理特性及活性成分积累的影响,为利用AMF增强药用牡丹抗旱能力及提升其药材品质提供理论依据。以凤丹实生苗为试验材料,设置正常水分(CK)、干旱胁迫(DR)、正常水分下接种AMF(AMCK)及干旱胁迫下接种AMF(AMDR)共4个处理,分别测定植株氧化还原稳态(包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸和可溶性糖含量)、光合特性(包括光合色素含量、光合与叶绿素荧光参数)以及根皮中活性成分(总黄酮、丹皮酚、芍药苷等)含量。结果表明,干旱胁迫导致凤丹植株体内丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)含量分别显著增加了33.53%和50.04%,光合性能受到明显抑制,具体表现为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光合性能指数(PIabs)均显著下降。接种AMF有效缓解上述干旱胁迫引起的不利影响:不仅使SOD活性显著提高6.36%,可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸等渗透调节物质含量分别显著提升23.72%,53.31%和14.70%,并降低活性氧含量,增强细胞膜稳定性,还使光合色素含量以及Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、PIabs等光合荧光相关参数得到显著恢复。此外,在干旱胁迫条件下接种AMF进一步促进了根皮中总黄酮、丹皮酚和芍药苷等次生代谢产物的积累,三者含量较DR处理分别提升18.67%,11.39%和5.17%。综上,AMF能够通过增强凤丹的抗氧化能力、促进渗透调节物质积累、改善光合性能,有效缓解干旱胁迫对植株造成的生理损伤,同时提高根皮中次生代谢物质的含量。

为探究BnMLP2基因在苎麻抗旱过程中的作用,通过分析苎麻转录组数据,以中苎1号为材料得到了编码苎麻金属硫蛋白的BnMLP2基因。从苎麻转录组数据中筛选并克隆BnMLP2基因,进行生物信息学分析,包括序列比对、结构域预测及亚细胞定位预测。利用荧光定量PCR技术,测定BnMLP2基因在苎麻不同组织中的表达情况,并探究其在干旱胁迫下的表达变化。将BnMLP2基因导入拟南芥中,构建转基因植株。在干旱胁迫条件下,比较转基因拟南芥与野生型拟南芥的表型、生理生化指标差异,以及抗逆相关基因的表达情况。结果表明,苎麻BnMLP2基因开放阅读框全长共243 bp,编码80个氨基酸。BnMLP2与苹果MT或MLP的氨基酸序列亲缘关系最近,同属于金属硫蛋白家族成员;带有PFAM01439结构域,属于Ⅱ类金属硫蛋白;预测定位于细胞质。BnMLP2基因在苎麻各组织中均表达,并且BnMLP2的表达受干旱显著诱导,尤其在茎中的表达量最高。在干旱胁迫下,转BnMLP2拟南芥相较于野生型表现出更强的抗旱能力,具体表现为根长和鲜质量显著增加,表现出更强的抗氧化酶和γ-GCL活性,积累了更多的脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、植物螯合态(PCs)来调节细胞内的离子稳态,转基因株系丙二醛(MDA)、过氧化氢(H₂O₂)的含量显著低于野生型,约为野生型的55%,80%。此外,转基因拟南芥在干旱条件下钠离子和钾离子的含量最高为野生型的4.4,1.4倍。BnMLP2的过表达能诱导3个抗逆相关基因AtMT1a、AtNCED3、AtWRKY40的表达量提高,最高分别是野生型的1.5,1.9,2.8倍。上述结果表明,BnMLP2基因能够提高拟南芥对干旱胁迫的耐受能力。

小麦分蘖相关性状是小麦株型的重要特征,是决定植株结构并影响籽粒产量的重要因素。为了解小麦在不同水分条件下分蘖相关性状的遗传及其抗旱作用,并挖掘分蘖相关性状的位点,以240份小麦品种(系)为研究对象,通过对正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)2种处理条件下的分蘖角度、有效分蘖数和单位面积产量的表型鉴定及抗旱性综合评价,结合90K基因芯片,进行相关性状的全基因组关联分析(GWAS),以期发现分蘖相关性状遗传位点并筛选优异种质材料。分蘖角度、有效分蘖数及单位面积产量在2种水分处理下表现出显著差异,变异系数为0.07~0.33。依据D值进行综合抗旱性评价,结果表明,中优206抗旱性表现最好。共检测到54个与分蘖角度等性状显著相关的稳定遗传位点,分布于除3D、4D和5D以外染色体上;在2种处理下共同检测到相同稳定位点有3个,分别在2B、4B和6B染色体上;另外,在不同性状中共同检测到4个“一因多效”位点,分别在2B、2D和5B染色体上。同时,对2B染色体分蘖角度显著相关的Ra_c491_902(R²=5.45%~17.91%)进行单倍型分析表明,存在TA-Hap1、TA-Hap2和TA-Hap3 3个单倍型,其中含有TA-Hap1单倍型品种(系)主要来源于黄淮冬麦区。对不同处理下检测到的稳定遗传位点进行候选基因筛选,共筛选出5个与分蘖角度相关的候选基因。对在Ra_c491_902上筛选出的基因进行基因注释得出,可能是编码细胞色素P450家族蛋白基因,可作为调控分蘖角度、植株抗旱以及防御等重要基因,探究基因与表型之间的关联,为小麦分蘖角度遗传机制奠定基础。

为揭示萌发期不同水稻的抗旱性机理,以水稻旱敏感材料(Calrose、京宁10号、山形86)和抗旱性材料(Farry、松粳3号、宁粳36)为研究对象,开展了模拟干旱胁迫(15% PEG-6000)对不同水稻萌发种子生长指标、生理指标及相应基因表达量的影响研究。结果表明:正常条件下,旱敏感和抗旱性材料萌发种子各生长指标、抗逆相关基因表达量之间无显著差异;但生理指标有明显变化,表现为不同材料间超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖(SS)和过氧化氢(H₂O₂)含量无显著差异,旱敏感性材料山形86的丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$)含量显著高于其他材料;抗旱性材料宁粳36的过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)含量显著高于其他材料。干旱胁迫下,相比于旱敏感性材料,抗旱性材料萌发种子的相对发芽势(RGP)、相对芽长(RSL)、萌发期抗旱指数(GDRI)和活力指数(VI)分别增加了0.03~0.07百分点,0.32~0.39百分点,0.12~0.18百分点和92.41%~108.39%;抗旱性材料萌发种子中MDA和活性氧($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$、H₂O₂)含量分别降低了2.54%~61.64%,19.60%~46.30%和35.61%~62.02%;渗透调节物质(Pro、SS、SP)含量分别增加了5.93%~18.29%,1.08%~7.97%和3.47%~6.03%;抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性分别提高17.29%~33.12%,15.24%~76.06%和14.68%~18.61%;脯氨酸合成关键基因OsP5CS、抗氧化酶合成基因(OsALM1、OsPOX1、OsCATC)的相对表达量分别上调了2.66%~182.31%,57.14%~513.27%,0.38%~109.06%和63.39%~184.25%。综合分析表明,干旱胁迫抑制了水稻种子的萌发,影响了萌发期种子中的生理特性及其相应基因的表达。干旱胁迫下,无论是抗旱性材料还是旱敏感性材料,活力指数(VI)、过氧化物酶(POD)以及过氧化物酶合成基因(OsPOX1)是影响水稻种子萌发的关键指标。除以上指标外,可溶性蛋白(SP)、脯氨酸合成基因(OsP5CS)、过氧化氢酶基因(OsCATC)是影响抗旱性材料的其他关键指标,相对芽长(RSL)、过氧化氢(H₂O₂)、超氧化物歧化酶基因(OsALM1)是影响旱敏感性材料的其他关键指标。

为解析花生荚果响应水分胁迫的分子机制,利用盆栽试验并结合转录组学分析,以正常供水处理为对照,系统探究了花针期阶段性干旱和渍涝胁迫对花生产量、品质及基因表达的影响。结果表明,干旱和渍涝胁迫均显著降低花生荚果产量(降幅分别为26.43%和77.69%)及籽仁粗脂肪含量(降幅分别为9.46, 6.71百分点)。转录组分析进一步表明,干旱胁迫组与对照组、渍涝胁迫组与对照组分别鉴定出1 525,1 382个差异表达基因,且两类差异表达基因均以表达下调为主,其中,干旱胁迫抑制了花生荚果中与脂质和脂肪酸代谢相关的6个关键代谢过程,其中88.38%的基因表达呈下调趋势,揭示了脂质代谢紊乱可能是干旱导致花生产量和品质下降的主要原因。渍涝胁迫则主要通过下调催化活性、跨膜运输、氧化还原及次生代谢物的生物合成等相关基因的表达,干扰荚果的代谢与防御功能。此外,KEGG富集分析结果显示,代谢途径和次生代谢物生物合成通路在2种水分胁迫下均受到显著影响。关键基因qRT-PCR验证结果与RNA-seq数据一致,证实了转录组结果的可靠性。综上,从转录组层面阐明了花生荚果响应水分胁迫的分子基础,明确脂质代谢紊乱是干旱胁迫导致花生产量下降、品质变劣的主要原因,而花生主要通过调控荚果中氧化还原及代谢相关通路基因的表达,以应对渍涝胁迫带来的不利影响。

为了揭示干旱半干旱区夏玉米品种对干旱胁迫的光合生理响应机制，以3个常用夏玉米品种（浚单20、津北288和迪卡667）为研究对象，分别对其实施不同程度的干旱胁迫处理（对照CK，轻度胁迫LD和重度胁迫HD），利用便携式光合作用系统Li-6400测定了叶片净光合速率-光合有效辐射强度响应（Pn-PAR）和净光合速率-细胞间隙二氧化碳浓度响应（A-Ci），并利用便携调制叶绿素荧光仪MINI-PAM测定了叶绿素荧光参数对光合有效辐射强度的响应。结果发现：3个玉米品种，Pn与气孔导度（Gs）随光合有效辐射强度增加的变化规律相似，干旱胁迫程度的增加，Pn-Gs响应关系左移；无论何种处理，Pn下降的同时Ci值不变或升高；重度胁迫（HD）显著降低了3个品种的初始羧化效率（CE）和光合能力（Amax）；与对照相比，干旱胁迫（包括LD和HD）降低了浚单20和迪卡667 2个品种的非光化学淬灭系数（qN）和调节性能量耗散的量子产量（Y（NPQ））2个指标的响应，增大了非调节性能量耗散的量子产量（Y（NO））的响应值；仅在重度胁迫（HD）下，津北288的光化学淬灭系数（qP）降低；与对照相比，在轻度胁迫（LD）下，津北288的最大净光合速率（Pmax）和初始量子效率（AQY）有少许提高。相对于其他2个品种，津北288在轻度干旱胁迫条件下可降低qQ，增大Y（NO）来维持高的Pmax和AQY，这些结果不仅表明津北288具有较强的干旱胁迫耐受性，且能为作物耐旱性品系的筛选提供技术参考。

为研究全生育期持续干旱处理对棉花生长发育和最终产量的影响，采用盆栽法，对新陆早19号、新陆早27号和新陆早54号进行轻度和中度干旱胁迫处理，在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期测定形态学指标、生理指标和光合作用参数，收获时调查产量构成因素。结果表明：棉花的株高和茎粗随干旱胁迫的加强而下降；活性氧含量和抗氧化酶活性在不同生育期存在较大差异，相关性分析显示，活性氧含量与抗氧化酶活性间存在显著或极显著相关性，说明抗氧化酶活性随活性氧含量有规律变化，以清除体内过多活性氧，防止活性氧伤害；棉花蕾期光合作用随干旱胁迫的加强而降低，吐絮期（除新陆早27号）则随干旱胁迫加强而升高，可能由持续干旱处理使棉花生育后期所处发育阶段不同造成；干旱胁迫降低新陆早27号和新陆早54号的单株产量和纤维长度，轻度干旱胁迫对单铃重的影响较小，甚至起促进作用；棉花花铃期有4项指标与单株产量存在显著相关性，说明花铃期可能是受环境影响最大且决定最终产量的关键时期。

为了明确干旱胁迫对不同抗旱性冬小麦灌浆期下午旗叶光合荧光特性和产量的影响,2018—2019年度和2019—2020年度,在防雨棚池栽条件下,以强抗旱性冬小麦品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性冬小麦品种偃展4110(YZ4110)为材料,采取测墒补灌的方法,设置重度干旱(W1:播前65% MFC(最大田间持水量)+拔节后45%~55% MFC)、中度干旱(W2:播前75% MFC +拔节后55%~65% MFC)、轻度干旱(W3:播前75% MFC +拔节后65%~75% MFC)、适宜供水(W4:播前75% MFC +拔节后75%~85% MFC)4个处理,测定了灌浆前期、中期和中后期14:00—16:00的旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(IWUE)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)以及成熟期的产量及其构成因素。结果表明,水分和品种对小麦灌浆期下午的旗叶光合、荧光特性和成熟期的产量均有显著影响。从2 a均值来看,与W4相比,干旱胁迫处理(W1、W2和W3)灌浆期下午的旗叶Pn、Gs和ΦPSⅡ,JM47分别降低2.07%~68.92%,-3.23%~50.00%和-1.89%~30.19%;YZ4110分别降低7.71%~80.19%,11.11%~59.26%和0~73.47%;JM47和YZ4110灌浆中期下午的旗叶Tr分别降低6.30%~32.87%和6.49%~41.74%,灌浆中后期下午旗叶Fv/Fm分别降低1.20%~18.52%和2.50%~30.00%,且上述指标的降幅基本表现为JM47<YZ4110。与YZ4110相比,干旱胁迫处理(W1、W2和W3)JM47灌浆期下午的旗叶Pn、Gs、ΦPSⅡ和Fv/Fm分别提高0.86%~64.89%,8.33%~36.36%,1.96%~184.62%和1.25%~17.86%,JM47的产量分别提高28.91%,8.06%和5.40%。除IWUE外,灌浆期下午旗叶光合荧光参数与产量均显著或极显著相关,但相关系数因品种和灌浆时期而异,JM47以灌浆前期旗叶Tr,灌浆中期旗叶ΦPSⅡ,灌浆中后期Pn、Gs和Fv/Fm的相关系数最大;YZ4110以灌浆前期旗叶Pn、Gs和Tr,灌浆中期旗叶ΦPSⅡ,灌浆中后期旗叶Fv/Fm的相关系数最大。综上,干旱会导致灌浆期下午旗叶光合能力和籽粒产量降低,强抗旱性品种JM47在灌浆期下午能保持较好的旗叶光合荧光特性,可在干旱胁迫下显著提高灌浆中期下午的旗叶ΦPSⅡ和灌浆中后期下午的旗叶Pn、Gs和Fv/Fm,从而提高籽粒产量。

前期转录组学分析发现,ZmRAV1为玉米响应干旱胁迫的候选基因,为了深入研究该基因的功能,克隆了ZmRAV1基因,应用生物信息学分析了ZmRAV1的编码序列,并在拟南芥中过表达该基因,通过干旱条件下过表达拟南芥株系表型、生理生化指标的测定验证其功能。结果表明:ZmRAV1基因全长1 176 bp,共编码389个氨基酸,二级结构中无规则卷曲占比最多,是一种不含信号肽、非跨膜的亲水性蛋白。亚细胞定位显示,该基因编码蛋白位于细胞核。ZmRAV1基因在不同物种间具有较高的保守性。从系统发育树上看,ZmRAV1与五节芒同源基因亲缘关系最强,同源性较高。干旱胁迫处理后,萌发期过表达拟南芥株系的根长显著高于野生型(WT)拟南芥,幼苗期野生型经过干旱胁迫后出现枯萎甚至死亡,存活率低于过表达株系,且干旱处理后ZmRAV1过表达株系过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均高于野生型,表明过表达ZmRAV1基因可提高拟南芥对干旱胁迫的抗性。综上所述,通过ZmRAV1基因编码序列的生物信息学分析以及转基因拟南芥株系的生理生化指标测定明确了ZmRAV1在响应干旱胁迫的过程中发挥正向调控的作用。

为研究干旱胁迫对嫁接烤烟生理特性的影响，以KRK26为接穗，KRK26、K326和Anyan 2为砧木，采取盆栽方式，分析了不同处理根系形态、植株形态、抗性生理指标。结果表明，在前期干旱条件下，烟株的叶绿素相对含量（SPAD值）降低，脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性以及过氧化物酶（POD）活性升高。随着干旱胁迫的加剧，嫁接烟株的根系长度、表面积、株高、茎围、节距、LAI等呈降低趋势，Pro含量持续升高；随着生长发育，SPAD值、SOD活性、CAT活性、POD活性则呈现下降趋势，但降幅不同，异根嫁接苗降幅较低。KRK26/Anyan 2受到干旱胁迫的影响小于KRK26/K326、KRK26/KRK26，其中KRK26/KRK26受损最重。通过相关分析，嫁接烤烟形态指标与抗性指标间存在正相关关系。不同嫁接烟株的生长特性对干旱的响应存在明显差异，综合看来，嫁接烟株抗旱能力强弱依次为KRK26/Anyan 2、KRK26/K326、KRK26/KRK26。

为明确干旱和盐胁迫对花生生长发育及衰老特性的影响，以花生品种花育25为试验材料，采用盆栽试验探究了开花期干旱和盐胁迫对花生叶片中渗透调节物质含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明，干旱处理（D）、盐胁迫处理（S）和旱盐共同胁迫处理（DS）均增加了叶片中可溶性蛋白质、可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸、O₂^·、MDA的含量。S处理和DS处理降低了叶片中SOD、POD、CAT活性，且随着胁迫时间的延长而持续降低；而D处理使叶片中SOD、CAT活性有所提高。复水10 d后，D处理叶片中的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、游离氨基酸、O₂^·、MDA的含量较复水前下降，除可溶性蛋白外，D处理叶片SOD、POD活性和上述指标与CK差异不显著，但DS处理叶片中的SOD、POD、CAT活性、O₂^·、MDA含量与S处理均差异显著。收获期，D处理单株产量和出仁率与CK差异不显著，但DS处理的单株产量和出仁率与S处理差异显著。分析DAT9的数据得出：干旱和盐胁迫对叶片可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和脯氨酸含量无显著的交互作用，但对SOD、POD、CAT活性和O₂^·、MDA含量存在显著的交互作用，旱盐互作抑制了SOD、POD、CAT活性，加剧了对植物细胞膜的过氧化作用，MDA含量增加，最终降低了花生产量和出仁率。因此，盐胁迫下种植花生应及时补水，避免开花期干旱，减少盐胁迫、干旱胁迫和旱盐互作对花生的危害。

旨为研究不同时期、不同程度干旱对大豆品种生理的影响，选取2个不同抗旱性的大豆品种，采用盆栽控水试验，分别设置湿润（CK）、持续轻度干旱（T1）、持续中度干旱（T2）、鼓粒期干旱（T3）处理，研究不同生育时期干旱胁迫下大豆抗逆指标及生理特征，探讨大豆响应不同发育期、不同干旱强度的生理机理。结果表明，在干旱条件下，2个大豆品种的叶绿素含量都有所上升，晋大早春2号在前期上升比较明显，鼓粒期晋大早春2号的上升幅度不如晋大74；晋大早春2号在轻度干旱及中度干旱处理的各个发育期MDA含量增加显著，晋大74中度干旱处理的POD活性和MDA含量均显著增加；在分枝期时，晋大74在中度干旱时还原糖含量显著下降，在鼓粒期，晋大早春2号大豆叶片还原糖含量均显著增加，晋大74只有鼓粒期中度干旱处理下还原糖含量显著增加，但在开花期时，晋大早春2号的还原糖含量下降，晋大74的还原糖含量显著增加；2个大豆品种的株高、节数、茎粗在干旱胁迫下均下降，其中，晋大74的株高、茎粗下降更明显。晋大74的综合抗逆能力要高于晋大早春2号，这可能与晋大74在干旱条件下可以通过减少植株高度，从而减少水分消耗，提高其抗旱性有关。

干旱对农业生产影响巨大，开展干旱胁迫对大豆生理及产量影响的研究，将为干旱地区大豆生产提供理论依据。利用塑料整理箱进行了干旱胁迫对大豆光合生理、叶片抗氧化物酶和渗透调节物以及生物量、产量影响的研究，土壤水分为干旱（45%~55%的田间土壤最大持水量）和湿润（80%~100%的田间土壤最大持水量，CK）2个水平，进行了2年的试验研究。结果表明，干旱胁迫使大豆净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均明显下降，使水分利用率增加；干旱胁迫对大豆叶片过氧化酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）含量无显著影响；干旱使大豆叶片丙二醛（MDA）含量、还原糖含量和可溶性总糖含量增加25.00%，47.09%和47.16%。干旱胁迫使大豆株高、节数、茎粗明显下降。干旱使大豆地上部分生物量明显下降，其中2013年下降39.4%，2014年下降69.6%。干旱使大豆籽粒产量明显下降，2013，2014年分别下降46.9%和81.6%。干旱胁迫下，大豆叶片气孔导度显著下降，使CO₂供应受到严重影响，降低叶片净光合速率。干旱胁迫还会使大豆细胞膜结构造成一定的破坏，影响植物正常的光合作用，使大豆光合代谢产物下降。虽然大豆可以通过渗透调节物质来保持细胞的水分，但干旱仍然抑制了植株的正常生长，使大豆生物量和产量下降。

为了解干旱对不同类型小麦籽粒灌浆期糖类、淀粉、蛋白质和微量元素的动态规律，明确干旱对营养物质在高产小麦、优质小麦和节水小麦灌浆过程中的差异，以黄淮北片麦区的小麦品种冀麦325、冀麦418、冀麦323为试验材料。选取同一天抽穗、开花的植株进行标记，于花后7～31 d每6 d取各品种籽粒样本，研究了灌浆期间干旱对籽粒中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、蛋白质、Fe、Zn、Mn、Cu含量、直链和支链淀粉积累量、淀粉积累速率及淀粉合成关键酶活性的影响。结果表明，在灌浆过程中，干旱胁迫显著降低了小麦籽粒蔗糖和葡萄糖的含量，对果糖含量的影响相对较小，高产品种冀麦325的蔗糖和果糖受干旱影响较小。干旱胁迫降低了小麦籽粒支链淀粉和总淀粉含量，对直链淀粉含量的影响相对较小。干旱胁迫对高产品种和优质品种淀粉含量的影响明显大于耐旱品种冀麦418。干旱胁迫在灌浆初期和中期提高了淀粉合成酶的活性，中后期活性较灌溉对照迅速下降。随籽粒灌浆的进行，4种微量矿质元素的含量呈下降趋势，在小麦籽粒中的表现为Mg > Fe > Zn > Mn。冀麦325籽粒的Fe、Zn和Mg积累量较高。研究干旱条件下不同类型小麦籽粒灌浆过程中营养物质积累差异，为优化栽培措施，实现专用小麦优质、高产、节水提供理论数据和参考依据。

为了探寻快速高效筛选冬小麦抗旱品种的方法，给冬小麦抗旱品种筛选提供参考依据，以烟农999、泰麦1918、济麦22号、济麦23号、泰山27和师栾02-1 6个冬小麦品种为供试材料，设置正常水分处理（土壤相对含水量75%）、轻微干旱处理（土壤相对含水量55%）和中度干旱处理（土壤相对含水量40%），研究了苗期叶绿素荧光参数、生物量、根冠比、SPAD、超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量及其之间相关关系。结果表明：与其他冬小麦品种相比，干旱胁迫下，泰麦1918的抗旱系数（DTC）最大，根冠比降低程度最小，SPAD值、光系统Ⅱ最大光合效率（Fv/Fm）、光系统Ⅱ实际光合效率（φPSⅡ）和相对电子传递速率（ETR）的降低程度最小，SOD活性的降低程度最小，非光化学淬灭（NPQ）升高程度最大，丙二醛含量升高程度最小。6个供试冬小麦品种的抗旱性强弱依次为泰麦1918 > 烟农999 > 济麦22号 > 济麦23号 > 泰山27 > 师栾02-1。通过相关性分析发现，叶绿素荧光参数与抗旱系数、SOD活性以及MDA含量的相关性均达到极显著水平。综上，供试材料中泰麦1918的抗旱性最强，叶绿素荧光参数可作为在苗期筛选冬小麦抗旱性品种的重要依据。

为明确内蒙古草原多根葱的抗旱性及抗旱机制。采用盆栽控水法,设置最大田间持水量的75%为对照(CK),25%土壤相对含水量干旱胁迫30 d为处理,在干旱胁迫下对不同来源多根葱根系形态、生理特性及叶片光合特征进行分析。结果表明,四子王旗多根葱在干旱胁迫下与赤峰、鄂尔多斯相比,保持相对较高的根系表面积、根系体积和直径为0~0.5 mm的根长,根系生长受到干旱胁迫的影响相对较小,叶绿体在干旱胁迫下的稳定性相对较好,抗旱性较强;干旱胁迫显著降低了赤峰、鄂尔多斯多根葱地上生物量、地下生物量和总生物量(P<0.05),但对四子王旗多根葱无显著影响(P>0.05)。干旱胁迫处理下多根葱叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度和相对含水量显著下降,叶片细胞质膜相对透性显著上升;干旱胁迫促进了多根葱叶片气孔关闭,降低了蒸腾,减少水分的散失。不同样地多根葱根系特征、相对含水量、叶绿素和光合特性在相同处理下存在一定的差异;四子王旗多根葱受干旱胁迫的影响相对较小,耐旱性较强。

为解析谷子抗旱遗传基础和指导抗旱育种，进行谷子萌芽期抗旱基因定位，以山西2010和K359×M4-1为亲本构建的F₂群体为研究对象，结合利用2b-RAD测序技术构建的遗传连锁图谱对谷子萌芽期抗旱性QTL进行定位。谷子萌芽期抗旱性为多基因控制的数量性状。经两亲本及F₂群体简化基因组测序，构建了包含583个SNP标记的连锁图谱。该图覆盖谷子基因组9条染色体，各染色体标记数平均64.8，标记间平均间隔为0.97 cM。在第5和第6染色体上共检测到3个谷子萌芽期抗旱性相关QTL，分别为qSIDR-5a、qSIDR-6a和qSIDR-6b，可解释12.4%~14.3%的表型变异，其中第5染色体上qSIDR-5a的表型贡献率最高，达到14.3%。经过比较发现，这3个QTL与前人的研究结果不在一个区间内，是新的QTL。qSIDR-5a、qSIDR-6a和qSIDR-6b可用于后续萌芽期抗旱性调控基因的精细定位及克隆研究，也可用于谷子萌芽期抗旱性的分子调控机理研究与抗旱育种。

旨在探究不同干旱胁迫程度对东北半干旱地区玉米生长性状及产量的影响，为深入研究玉米抗旱的生理机制奠定理论基础。采用抗旱棚微区试验，选用3种不同耐旱程度的玉米品种，于玉米拔节期、抽雄期及灌浆期分别设置正常供水（CK）、轻旱（LS）、中旱（MS）、重旱（SS）及持续干旱处理（S）5个水分梯度，综合性分析不同干旱胁迫程度对3个玉米品种生长性状及产量相关指标的影响。随干旱程度的不断加重，玉米株高、穗位及干物质量逐渐降低，茎粗随干旱程度的增加无明显差异，其中金庆707玉米品种株高、穗位及干物质积累量最高，嫩单19及富单16次之。玉米于抽雄期干旱胁迫时果穗性状变化最明显，且重旱下玉米产量最低，持续干旱无产量。同一干旱程度下玉米品种耐旱性越差，减产越大，玉米品种产量大小具体表现为金庆707>嫩单19>富单16。采用多个指标进行综合性分析得出，玉米抽雄期为玉米需水关键期，较易受到干旱胁迫的影响，同时指出抽雄期干旱胁迫亦或干旱胁迫程度严重是最终导致玉米产量降低的主要因素。

查尔酮合成酶(CHS)是类黄酮合成途径的关键起始酶,参与合成黄酮、黄酮醇、异黄酮、花青素等代谢物,而这些黄酮类代谢物在植物抗逆方面扮演着重要角色。为了研究CHS在燕麦幼苗响应干旱胁迫中的作用,从前期的全长转录组数据中筛选到1个燕麦CHS基因,命名为AsCHS,并对其进行克隆、生物信息学、亚细胞定位和表达模式分析。结果表明,AsCHS基因编码398个氨基酸,蛋白序列包含CHS家族特异标签序列,是疏水的不稳定蛋白,属非跨膜蛋白,定位于细胞核和细胞质。根据二级结构预测,AsCHS主要包含α-螺旋和无规则卷曲。启动子区顺式作用元件预测表明,该基因含有响应干旱胁迫和多个激素信号途径相关的顺式作用元件。系统进化树显示,AsCHS与黑麦草、早熟禾和南极发草的亲缘关系较近。亚细胞定位表明,AsCHS蛋白定位在细胞核和细胞质。与对照组相比,AsCHS在干旱胁迫下燕麦幼苗不同萌发时间的表达模式由波动表达改变为递增表达,由根中表达量最高改变为在叶中表达量最高,且在叶片中的表达存在显著差异。本研究为揭示AsCHS在燕麦响应干旱胁迫的功能奠定了基础。

为探究籽粒大小与播种深度对玉米出苗及幼苗生长的影响，确定西南丘陵地区夏玉米机播的适宜籽粒大小与播种深度。采用裂区试验设计，以正红505为试验材料，3个籽粒大小为主处理，3个播种深度（2，6，10 cm）为副处理，在大田干旱条件下调查了玉米的出苗率、幼苗素质、产量及产量构成。结果表明，大粒种比小粒种出苗率高，出苗后长势旺，干物质积累量增加，幼苗健壮，抗旱性增强，最终产量更高；浅播（2 cm）利于出苗，刚出苗时以6 cm播深的幼苗长势最好，之后10 cm播深的幼苗生长逐渐旺盛，至五叶期（大、中粒种）-七叶期（小粒种）时超过浅播处理，最终也表现出一定的增产效果。因此，在旱地、旱季玉米生产中，选较大粒播种，适当深播，可以有效地培育壮苗、提高植株抗旱性，达到保产增收的目的。

bZIP转录因子广泛存在于植物中,在调节植物生长发育和非生物胁迫应答中起着重要作用。为探究bZIP转录因子在玉米干旱胁迫响应中的功能,在玉米苗期干旱胁迫处理5 d和复水3 d时,利用转录组测序技术对转录因子基因的表达变化进行分析,筛选到一个响应干旱和复水处理的bZIP转录因子(ZmbZIP26),共表达网络分析发现,ZmbZIP26处于网络调节的核心节点位置。ZmbZIP26基因含有558 bp的开放阅读框,编码185个氨基酸,属于亲水性蛋白。蛋白质进化树及保守序列分析发现,ZmbZIP26蛋白与高粱和芒草同源蛋白的同源性较高,而且在同一氨基酸位置上的保守基序相同。启动子顺式作用元件分析表明,ATG上游2 000 bp区域内含有干旱响应元件、激素响应元件和光响应元件等。qRT-PCR分析发现,ZmbZIP26是组成型表达基因,在幼茎、雌穗和根中高表达,且ZmbZIP26基因积极响应干旱、高温、高盐、氮胁迫及恢复正常的过程,可能在植物的抗逆过程中发挥着重要作用。亚细胞定位分析发现,ZmbZIP26属于核蛋白,定位在细胞核上。蛋白质互作预测发现,ZmbZIP26可能与锌指蛋白、丝氨酸蛋白、钙依赖性蛋白、谷胱甘肽转移蛋白等互作构建了一张调控网络,协同调控玉米生长发育和胁迫应答过程。

为了明确花生AhPLDα基因在响应干旱胁迫信号传导中的功能和作用机制，以ABA处理的冀花4号花生叶片cDNA为模板，用RT-PCR方法扩增AhPLDα1和AhPLDα2的全长CDS片段，采用酶切-连接的方法分别将这2个基因定向克隆到植物表达载体pBar-F3上，冻融法将重组子转入根癌农杆菌GV3101，利用改良Floral-dip法将过表达质粒转入拟南芥。菌落PCR和酶切结果表明，CaMV35S启动子驱动的过表达载体重组质粒pBar-AhPLDα构建正确。通过RT-PCR和qRT-PCR验证，表明AhPLDα1和AhPLDα2基因整合到拟南芥基因组中并能过量表达，获得了阳性转基因纯合株系。干旱胁迫试验表明，转基因植株的耐旱性较野生型明显增强。可见，AhPLDα基因参与了干旱胁迫应答过程，是转基因途径提高作物耐旱性的潜在候选基因。

类受体激酶基因OsSIK1具有通过激活抗氧化系统，增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因，获得具有较高抗旱水平的玉米新种质，通过超声波辅助花粉介导法，将水稻类受体激酶基因OsSIK1导入玉米自交系郑58中，并对转化株进行卡那霉素筛选及T₁、T₂、T₃的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测，获得转化植株并在T₃获得转基因纯合株系。对T₃转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明，与对照相比，在水分胁迫处理下，转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%，叶绿素含量提高了11.3%~106.9%，SOD活性上升45.8%~93.4%，而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%，MDA含量下降了25.7%~50.4%，说明转OsSIK1基因玉米植株抗旱性得到提高，其中，5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异，且生长状况明显优于对照。综上所述，研究最终获得5个转OsSIK1基因玉米株系，并证明导入水稻OsSIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。

谷子是具有抗旱、耐瘠、抗逆性强、适应性广等特点的C₄禾本科作物，发掘谷子高光效、逆境相关基因，旨在揭示谷子在光照和逆境胁迫下的基因表达特征。采用生物信息学方法，在谷子中鉴定出一个PPDK基因，命名为SiPPDK2；该基因位于谷子3号染色体，含有18个内含子，有3个转录本，原始转录本编码945个氨基酸。亚细胞定位预测结果显示，该基因位于叶绿体中。功能域分析和多序列比对发现，SiPPDK2蛋白与玉米、高粱和水稻PPDK蛋白的亲缘关系较近。Real-time PCR分析表明，PEG、ABA、盐和低温胁迫对苗期SiPPDK2基因表达有不同程度的诱导。进一步研究表明，SiPPDK2基因在拔节期、抽穗期和灌浆期均参与了对干旱和光照的胁迫响应，其中抽穗期和灌浆期在干旱条件下及拔节期和灌浆期在弱光条件下其表达量显著上调。顺式元件分析结果表明，在SiPPDK2启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。结果推测，SiPPDK2基因可能参与了谷子对非生物逆境胁迫的响应。

CDPKs是植物细胞内一类重要的钙感受器，拟南芥CPK10属于CDPK家族成员。为研究CPK10及与其同源性较高的CPK30是否共同参与逆境响应。首先构建了cpk10×cpk30双突变体，然后进行多种逆境下的生理表现检测，并利用RT-PCR方法分析2个基因的表达情况。结果显示，模拟干旱、盐、ABA处理拟南芥幼苗后，双突变体与野生型无差异；成苗期双突变体与单突变体对干旱敏感程度类似。转录水平检测到，在干旱胁迫时双突变体中RD29A的表达与野生型及单突变体趋势相反，呈下降趋势；响应ABA的OST1在双突变体中受干旱诱导后0.5 h明显表达上调。成功获得了cpk10×cpk30双突变体，由生理表型和表达分析结果推测CPK10与CPK30可能共同参与了依赖ABA的干旱逆境信号转导过程，且二者之间存在功能冗余。

为探究锌肥在干旱胁迫下对冬小麦根系生长发育及产量的影响，以洛旱6号小麦为供试材料，采用盆栽控水的方法模拟干旱胁迫，设置T1（正常灌溉+0 mg/kg锌）、T2（正常灌溉+1 mg/kg锌）、T3（干旱胁迫+0 mg/kg锌）、T4（干旱胁迫+1 mg/kg锌）4个处理，研究了锌肥对干旱胁迫下小麦根系形态结构、生理活性及单株产量的影响。结果表明，与T1处理相比，T3处理总体上小麦总根长、根平均直径、根总表面积和根总体积显著降低，根毛密度和根毛直径显著减少，而根毛长度差异未达显著水平。根毛结构因干旱胁迫受损，细胞壁变薄，未见细胞核，大部分细胞器解体，内含物消失，根毛衰亡。根系锌含量、生长素含量及根系活力下降，最终表现为单株产量显著降低。与T3处理相比，总体上T4处理的根系总长、根平均直径、根总表面积和根总体积显著增加，根毛密度和直径明显增大，根毛结构完整，细胞核清晰可见，内含物充实，根毛生长良好。根系锌含量、生长素含量和根系活力显著上升。研究还发现，与T3处理相比，T4处理下小麦单株穗数、穗粒数、千粒质量和单株产量分别增加了6.25%，8.01%，6.87%和50.00%。综合分析可知，在豫西旱地生态条件下，增施锌肥能增强小麦根系在干旱胁迫下的稳定性，改善小麦根系发育状况。因此，增施锌肥对缓解干旱胁迫下小麦减产有重要作用。