高山地区往往生境恶劣,对植物产生多重环境胁迫。在我国西南横断山特殊生境中,存在极端温度、昼夜巨大温差、干旱、空气稀薄、强辐照度、土壤贫瘠等环境胁迫,其中的植物进化有适应环境胁迫的特殊性状。本研究组前期就发现横断山高山的模式植物拟南芥近缘种须弥芥(Crucihimaaya himalaica),具有很强的耐受缺钾营养胁迫的性状。干旱是植物在自然中面对的主要环境胁迫,植物在横断山高山生境中会遭遇生理干旱。但是在这种特殊生境中的植物适应水分胁迫的机制尚且未知,研究这个规律对认识植物的环境适应性具有重要意义。论文以须弥芥为研究对象,在植物的水培体系上设置干旱人工控制实验,与拟南芥进行比较研究,通过检测干旱胁迫下的表型、生理生化反应、基因表达模式,研究了须弥芥适应水分胁迫的规律,主要结果如下:第一,在正常干旱胁迫下,须弥芥的萎蔫比拟南芥的严重,须弥芥的相对含水量、叶绿素荧光低于拟南芥,说明须弥芥耐受干旱的能力低于拟南芥。第二,在缺钾的干旱胁迫下,须弥芥耐受干旱的能力没有变化,而拟南芥耐受干旱的能力显著下降。说明须弥芥响应干旱的机制可能与拟南芥的不同,并可能与其耐受缺钾的特殊性状有关。第三,须弥芥中干旱诱导膜的脂过氧化和可溶性糖积累,与拟南芥中的没有差异,但是脯氨酸积累的能力显著低于拟南芥。须弥芥中的脯氨酸积累不受钾离子缺乏的影响,而拟南芥中的脯氨酸积累在到钾离子缺乏时的显著降低。这提示须弥芥耐受干旱的能力低,可能与其脯氨酸的代谢相关,其脯氨酸代谢调控可能受到适应缺钾胁迫的影响。第四,比较脯氨酸合成和降解相关基因的表达样式发现,在须弥芥中指向脯氨酸积累的趋势要小于在拟南芥中的,并且前者的趋势不受钾离子缺乏的影响,后者的趋势受到缺钾缺乏的影响。第五,在脯氨酸合成基因P5CS1敲除型拟南芥突变株中,脯氨酸的积累显著低于野生型拟南芥。利用此突变体与拟南芥野生型和须弥芥进行的正常干旱和缺钾干旱,结果显示,须弥芥的表型与拟南芥突变株的相似,而与拟南芥野生型不同。上述结果证明,须弥芥耐受干旱的能力低,这个性状是其脯氨酸积累能力低导致的。我们推测须弥芥的这个适应干旱的特殊机制,可能是脯氨酸代谢途径在缺钾环境中的适应性进化有关。