氮肥过量使用造成的环境污染问题成为生产中亟待解决的关键问题,为了减少农业生产上对于氮肥的依赖,培育耐低氮作物品种是最为有效的解决方法。因此,深入探究作物耐低氮生理及分子机制,提高作物氮吸收和利用效率,对生态和农业的可持续发展具有重要的现实意义。糜子Panicum miliaceum（L.）是一个四倍体栽培种,具有极广的适应性和较强的抗旱、耐盐碱、耐温度胁迫能力,可能进化出独特的耐贫瘠机制,尤其是耐低氮。据此,本研究选择不同低氮耐性的糜子品种为试验材料,探究其抵抗低氮条件的生理-分子机制以及挖掘耐低氮关键基因,为提高作物氮利用效率提供一定启示。主要研究结果如下:1.确定糜子资源低氮筛选浓度及耐低氮鉴定的评价体系通过设置8个氮浓度梯度,分析糜子苗期表型特征及相关参数,0.25 m M N可作为糜子苗期耐低氮鉴定的适宜氮浓度。对84份糜子种质资源材料进行水培试验的耐低氮性鉴定,得出整株氮积累量、干物质量、根冠比和地上氮利用率可作为糜子耐低氮评价的主要指标。编号为86、184、235、298的糜子材料表现出良好的耐低氮能力,而编号111和230对低氮处理比较敏感,不同品种对低氮的响应特性可用于分析糜子耐低氮机制研究。2.耐低氮糜子品种响应低氮胁迫的生理机制以2份耐低氮（184和298）和2份低氮敏感（111和230）糜子品种为试验材料,分析了5 m M（高氮）和0.25 m M（低氮）处理21 d及复氮7 d后,耐低氮与氮敏感糜子品种响应低氮胁迫的生理学差异。在低氮条件下,耐低氮品种具有较高的叶片叶绿素SPAD值、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,维持了较高的光合特性,促进了叶片光合物质生产能力;耐低氮品种具有较高的NPQ的诱导,减少了光合系统内过剩的光能,维持了较高的电子传递速率。其具有更高的叶片光合酶和氮转运酶活性保证了光合产物的及时输出以及更好地完成了氮的吸收、转运和利用,从而使耐低氮品种的低氮耐性明显高于氮敏感品种,表现出更强的低氮适应性以及复氮后的恢复能力。3.基于RNA-seq技术的耐低氮糜子品种响应低氮胁迫表达谱分析以1份耐低氮（184）与1份氮敏感糜子（111）品种为材料,利用RNA-seq测序技术分析了低氮处理21 d及复氮后7 d叶片转录组变化。据转录谱分析结果,共鉴定到5254个差异表达基因（DEGs）,包括细胞组分、光系统II（PSII）、光合膜结构、碳水化合物代谢等相关基因,主要参与了光合作用、淀粉-蔗糖代谢、氮代谢、氨基酸代谢等代谢过程。耐低氮品种光合酶以及氮转运相关酶高表达水平使其能在低氮胁迫的情况下更高效的吸收和转运氮素,这可能是耐低氮品种增强低氮耐受性的重要原因。4.糜子NO3-转运蛋白（NRT1和NRT2）家族基因鉴定及表达模式分析从糜子全基因组中共鉴定到9个NRT1与6个NRT2家族基因,NRT1和NRT2家族成员分别含有PTR2和MFS-1蛋白保守结构域。系统发育分析发现,9个糜子NRT1基因可分为5个NPF亚家族,同一亚家族基因具有相似的基因结构和蛋白保守基序。NRT1和NRT2基因家族成员启动子区包含多种激素和胁迫应答顺式作用元件。NRT1.1、NRT1.4、NRT1.9、NRT2.1、NRT2.2、NRT2.6、NRT3.1和NRT3.2在根和叶中均有表达,其中,NRT1.4和NRT2.1分别在叶片和根系中的表达量最高,显著高于其它各组,而NRT2.2、NRT2.6、NRT3.1和NRT3.2在叶和根中的表达量均极低,表明NRT1和NRT2基因的表达具有明显的组织特异性。氮诱导试验表明,这些基因在根中达到最大值的时间早于叶片中,说明根系较叶片对氮响应发生的更早。通过对大田试验不同氮素水平不同生育时期以及不同器官中基因表达模式分析表明,在不同氮素水平下各基因表达模式不同;在不同生育时期内表现为:（1）在苗期叶片各基因表达水平较高,这可能与苗期糜子主要依靠叶片进行营养生长有关,（2）在开花期和灌浆期根部和茎部各基因表达水平较高,这段时期根和茎中氮的积累量达到最大,说明这些基因可能参与了氮的积累与转运,（3）在籽粒灌浆期穗部各基因表达量达到最大,说明这些基因可能参与了籽粒形成过程氮的转运。5.耐低氮糜子减氮增效机制探究通过对4份耐低氮（86、184、235、298）和2份氮敏感（111和230）糜子品种进行两年田间不同氮素水平处理。在低氮条件下,耐低氮糜子品种维持了较高的干物质积累以及叶片SPAD值和光合特性,提高了植株对光能的捕获和吸收能力,促进了叶片光合物质生产能力。而维持耐低氮品种具有的这种优势主要原因在于,低氮条件下,耐低氮糜子品种显著提高了糜子群体的光合有效辐射截获量与辐射利用效率,增强了土壤水分的高效利用,促进了耐低氮糜子的氮素吸收和利用,最终引起糜子生产力水平显著上升。