全球土壤盐渍化现象日趋严重，盐渍化土壤正向耕地蔓延，经济发展、粮食和能源安全正面临着严峻威胁。盐碱地广泛分布的泌盐盐生植物具有典型的泌盐结构盐腺和盐囊泡，是区别于其他盐生植物和所有非盐生植物唯一可见的形态结构。盐腺是泌盐盐生植物最重要的离子排出器官，主要分布在植物的茎、叶表面等地上部分，其功能是把植物体内过多的盐分分泌到体外。因此，盐腺在调节泌盐盐生植物体内的离子平衡，维持渗透压稳定及提高植物的耐盐性等方面发挥重要作用。所以，研究盐腺泌盐机制对于揭示泌盐盐生植物耐盐机理和培育耐盐农作物都有非常重要的意义。目前，对盐腺泌盐机制的研究大多还停留在解剖学和生理学水平，盐腺发育及泌盐的分子机理的研究相对滞后。如果能够揭示泌盐盐生植物盐腺泌盐的分子机理，克隆关键基因并最终培育具有泌盐能力的农作物对于开发和利用盐碱地生产粮食具有重大意义。二色补血草是一种典型的泌盐盐生植物，具有多细胞盐腺，多分布于盐碱地和滨海滩涂，在改造盐碱地和培育耐盐植物方面具有重要的研究价值，被誉为改造盐碱地的“先锋植物”，是研究双子叶植物盐腺的理想材料。因此，研究二色补血草盐腺的泌盐特征和分子机理具有重要意义。本论文对二色补血草盐腺超微结构、泌盐特征和分子机理进行了探究，主要结果如下：1.研究了二色补血草盐腺细胞的超微结构特征以二色补血草叶片为材料，使用高压冷冻、冷冻替代、超薄切片和细胞核DAPI染色技术等，利用透射电子显微镜观察二色补血草盐腺的超微结构，为研究盐腺的泌盐机制奠定了结构基础。二色补血草盐腺由16个细胞组成，中央为4个长的分泌细胞，每个分泌细胞外侧均伴有1个长方形的短的毗邻细胞，再向外依次包围着4个内杯状细胞和4个外杯状细胞，邻近的细胞称为收集细胞；细胞核较大，富含线粒体、高尔基体和小囊泡，但缺少中央大液泡，也没有叶绿体；细胞之间通过胞间连丝进行物质运输与信息传递，可以把吸收到植物体内过多的盐分运输到分泌细胞，然后排出体外，最大程度的避免了盐分对植物体产生的伤害；盐腺被角质层包围，角质层中存在分泌孔，植物体吸收的多余的盐分进入盐腺后运输到分泌细胞和角质层之间形成的大的收集室内，最后通过收集室上方的角质层上的分泌孔排出体外；可观察到盐腺分泌细胞中小囊泡与细胞质膜的融合，说明盐腺细胞中有类似于胞饮的相反过程的现象发生；也可看到分泌细胞中多个小囊泡间的相互融合，多个小囊泡可以融合为大的囊泡，表明盐腺细胞中的小囊泡可能参与盐腺的离子分泌过程。2.创建了叶圆盘分泌模型用于测定二色补血草叶片单个盐腺的泌盐速率利用打孔器将二色补血草叶片打孔成10mm直径的叶圆盘，将叶圆盘下表皮向上，浸泡在含有不同浓度NaCl溶液的培养皿中，并在叶圆盘上滴加一层矿物油，这样既可以避免蒸腾作用带来的干扰，又可以将叶圆盘盐腺分泌出来的流体束缚于矿物油中，然后用微量移液器把盐腺分泌的流体吸出，这样可以特异地测定盐腺分泌的流体体积、离子分泌速率以及分泌物的离子组成等参数。二色补血草叶圆盘分泌模型不仅可用来研究不同浓度NaCl处理下盐腺的离子分泌特征，也可作为筛选泌盐突变体(单个盐腺的泌盐速率显著下降或增加的二色补血草突变体)的一种简便快捷的方法。3.探究了二色补血草盐腺的离子分泌途径和特点扫描电镜得到的图片显示盐腺的每个分泌细胞在角质层中含有一个分泌孔，并且可以看到叶片表面的分泌物位于分泌孔的上方；环境扫描电子显微镜的结果证实了分泌物的元素构成主要是Na和Cl；非损伤微测技术用来直接测定单个盐腺的单一离子的分泌速率，200mmol/L NaCl处理显著提高了盐腺的Na+和Cl-分泌速率；然而，表皮细胞和气孔仅分泌极少量的离子。可得出结论：二色补血草盐腺细胞含有4个分泌孔，盐处理下NaCl通过这些分泌孔排出体外。4.发现了盐腺细胞内K+的积累在二色补血草盐腺泌盐过程中起重要作用利用高压冷冻和冷冻替代技术结合纳米离子探针分析技术在亚细胞水平上研究了二色补血草盐腺细胞中K和Na元素的原位分布并成像。较高浓度的Na+分布在盐腺细胞的质外体。与对照组(0mmol/L NaCl)相比，200mmol/L NaCl处理导致盐腺细胞的细胞质和细胞核内K+和Na+浓度的增加，尽管NaCl处理引起细胞质和细胞核内K+/Na+比的小幅下降。然而，NaCl处理却导致幼苗叶片中K+浓度和K+/Na+比的显著下降。此外，200mmol/L NaCl处理下单个盐腺的Na+分泌速率是对照组的5倍。这些结果表明，盐处理下盐腺细胞中细胞质和细胞核内K+的积累可能在二色补血草盐腺泌盐过程中起重要作用。5.确定了囊泡运输参与二色补血草盐腺的泌盐过程并克隆了关键基因的片段用囊泡化抑制剂BFA处理二色补血草叶片，首先用叶圆盘法测定盐腺的泌盐速率是否受到影响；然后用非损伤微测技术对单个盐腺分泌的Na+的速率进行直接精确的测量；最后用透射电子显微镜观察盐腺组成细胞内高尔基体的结构是否发生变化。结果表明，BFA显著抑制盐腺泌盐且盐腺细胞内高尔基体解体，因此，推测囊泡运输参与二色补血草盐腺的泌盐过程。根据高通量测序筛选得到了5个囊泡转运相关基因并克隆了这些基因的片段，并用RT-PCR技术分析了这5个基因在不同浓度NaCl处理下的表达量，利用分子技术进一步验证了囊泡运输在盐腺泌盐过程中的作用，为全面阐明盐腺泌盐机制打下了基础。6.筛选了二色补血草盐腺泌盐突变体利用离子注入诱变和60Co gamma射线辐射诱变探索适合二色补血草种子的最佳诱变方法，筛选得到了32株盐腺泌盐突变体，其中筛选得到了15株单个盐腺泌盐增加的突变体和17株单个盐腺泌盐减少的突变体，为探讨囊泡运输在二色补血草盐腺泌盐中的作用和泌盐关键基因的功能验证奠定了基础。本论文主要创新点:1.利用高压冷冻、冷冻替代和细胞核DAPI染色技术，用透射电镜观察二色补血草盐腺细胞的超微结构，发现盐处理后盐腺细胞形成大量小囊泡且有的与质膜融合，表明囊泡化可能参与盐腺泌盐过程，为研究囊泡化参与盐腺的泌盐机制奠定了结构基础。2.利用扫描电镜和环境扫描电子显微镜探究盐腺的泌盐途径和特点，发现盐腺细胞含有4个分泌孔，盐处理下NaCl通过这些分泌孔排出体外。3.利用纳米离子探针分析技术，发现盐处理下盐腺组成细胞中细胞质和细胞核内K+的积累可能在二色补血草盐腺泌盐过程中起重要作用。4.用囊泡化抑制剂BFA处理二色补血草叶片，发现BFA显著抑制盐腺泌盐且盐腺细胞内高尔基体解体，因此推测囊泡运输参与二色补血草盐腺的泌盐过程。克隆了根据高通量测序筛选得到的5个囊泡转运相关基因的片段，并用荧光定量PCR技术分析了这5个基因在不同浓度NaCl处理下的表达量，其中三个基因的表达量上调，两个基因的下调。进一步验证了囊泡运输参与盐腺泌盐过程。5.筛选得到了32个盐腺泌盐突变体株系，其中15个泌盐速率显著增加，17个泌盐速率显著下降，为研究盐腺泌盐分子机理奠定了基础。