氮素是植物生长的必需元素,是维持作物新陈代谢、生长发育、高产优质的重要因素之一。在农业生产中,增施氮肥是确保作物稳产、高产、优质的主要手段,但氮肥的过度使用不仅造成了氮肥利用率低下,同时也带来了一系列生态问题。因此,如何提高作物对氮肥的利用效率已经成为当今社会热点之一。相对于大宗作物而言,谷子耐瘠性强,多种植于土壤贫瘠的地区。因此,本研究以超早熟突变体Xiaomi为研究材料,通过对其在低氮胁迫下表型、生理生化指标、转录组进行分析,在此基础上对NAC转录因子基因家族进行鉴定及分析,解析Xiaomi在低氮胁迫下生理生化及分子水平响应特征,发掘谷子响应氮胁迫的关键基因,为谷子耐低氮研究奠定一定理论基础,主要研究结果如下:1.在低氮胁迫下Xiaomi总根长、侧根数量、根表面积、根体积和根冠比增加;旗叶长、宽及叶面积减小、老叶早衰发黄、株高、茎粗、叶厚及总氮含量降低,表明低氮胁迫下Xiaomi通过促进根系生长来增加其对氮素的吸收面积,同时抑制地上部分的生长,进而适应低氮环境。2.通过分析低氮胁迫下Xiaomi的光合性能、叶绿素含量、硝酸还原酶（NR）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛含量（MDA）等,发现Xiaomi叶绿素含量（胁迫2 h、72 h、15 d）、气孔导度及光合速率（胁迫7 d）下降,胞间CO2浓度（胁迫7 d）上升;Xiaomi叶片的PSⅡ功能活性指数（PI abs）、单位面积电子传递能量通量（ETo/CSm）、PSⅡ电子传递效率（φEo）在低氮胁迫15 d时明显降低,表明低氮胁迫抑制了光系统II的电子传递效率。低氮胁迫2 h时,Xiaomi叶片POD、SOD活性、MDA含量及根系NR、POD、CAT活性显著上升,根系MDA含量显著下降;胁迫72 h时,Xiaomi叶片NR活性显著下降,根系POD活性显著上升;胁迫15 d时Xiaomi叶片POD活性、MDA含量和根系CAT活性表现为上升趋势;Xiaomi叶片NR、CAT活性及根系SOD活性显著降低,叶片SOD活性及根系NR、POD活性、MDA含量表现为下降的趋势,推测低氮胁迫下Xiaomi通过生理生化代谢途径来响应逆境环境,维持其生命活动。3.通过分析Xiaomi叶片和根系在不同低氮胁迫时间下的转录组数据,共筛选出叶片差异表达基因1671个（胁迫2 h）和124个（胁迫72 h）;根系差异表达基因167个（胁迫2 h）和67个（胁迫72 h）。其中,Xiaomi叶片和根系在胁迫2 h和72 h有1个共表达基因;低氮胁迫2 h和72 h下,Xiaomi叶片共表达的差异基因有32个;根系有7个共表达差异基因。对Xiaomi叶片差异表达基因进行GO、KEGG富集分析,发现低氮胁迫2 h下Xiaomi叶片差异表达基因主要富集在催化活性、氧化还原酶、代谢过程等功能类型和亚麻酸代谢等通路上;低氮胁迫72 h下Xiaomi叶片差异表达基因主要富集在转录因子活性、氧化应激反应等功能类型上。低氮胁迫2 h下Xiaomi根系差异表达基因主要富集在代谢过程、阳离子结合、氧化还原过程等功能类型和光合作用蛋白等通路上;低氮胁迫72 h下Xiaomi根系差异表达基因主要富集在光合作用、光系统II、类囊体、防御反应等功能类型和氮代谢等通路上。4.NAC转录因子在植物响应非生物胁迫过程中具有重要的作用。本研究中共筛选获得20个差异表达的NAC家族基因。利用生物信息学方法,在谷子全基因组水平上共鉴定到129个NAC家族基因。对129个NAC家族基因的基本理化性质分析发现,其氨基酸序列长度在152～705之间,理论等电点分布在4.46～11.03之间,分子量差异较大分布在17486.64～77200.87之间。染色体定位发现,129个NAC家族基因分布于谷子9条染色体上,其中20个基因分布在5号染色体上,6号和8号染色体上分布最少。对RNA-seq数据中20个NAC家族差异表达基因进行染色体定位,发现20个NAC家族基因在7条染色体上均有分布,9号染色体上分布最多（5个）,4号染色体上分布最少（1个）。保守结构域和Motif结果显示,129个NAC家族基因保守Motif主要在N端,且均含有NAM保守结构域。系统发育分析将这129个NAC基因分为18个亚族,聚为同一亚族的基因可能具有相似的功能。对Xiaomi 20个NAC家族基因进行相对表达量聚类分析发现其主要聚为4类,且每类基因数目差异较大,20个NAC家族基因在Xiaomi叶片和根系中均呈现不同程度的表达,聚为一类的NAC家族基因表达模式相同,为进一步基因克隆和功能验证奠定了基础。