氮、磷是作物生长发育所必需的营养元素,是蛋白质、核酸、氨基酸和叶绿素等的组成成分。氮、磷的缺乏是影响作物产量的重要限制因子。农业生产中,常常通过大量施用氮肥和磷肥来保证作物高产、稳产,氮、磷肥的大量施用导致我国氮、磷肥利用效率低且环境污染严重等问题。因此,鉴定和筛选作物耐低磷、低氮种质资源、研究作物耐低磷、低氮的分子调控机制,培育氮、磷高效作物品种是农业可持续发展的必由之路。高粱作为许多国家的主要农作物之一,具有高度耐旱、耐涝及耐瘠薄等特性,因此本研究以高粱为材料,研究了低氮、低磷对高粱幼苗形态及生理指标的影响,同时利用高通量测序技术,鉴定了高粱低氮胁迫响应的miRNAs,并用荧光定量PCR对候选的miRNAs及其靶基因的表达进行了验证,主要结果如下：1、通过蛭石培养的方式,研究不同磷浓度对高粱幼苗的影响,结果表明,不同水平磷处理对高粱苗期各形态指标均有极显著影响,低磷对高粱生理指标MDA和POD影响较大,对叶绿素、可溶性蛋白和SOD的影响不明显；其中0.25 mmol/L和1 mmol/L可作为高粱蛭石培养的低磷胁迫水平和正常磷水平；干重和植株地上部含磷量可作为高粱苗期耐低磷基因型筛选指标。从14个高粱品种中筛选出耐低磷高粱为八月齐,低磷敏感型高粱为农858。2、通过水培方式,研究不同氮浓度对高粱幼苗形态及生理指标的影响,发现株高、茎粗、总干重、主根长、叶绿素和可溶性蛋白含量等指标在4 mmol/L和0.04 mmol/L氮浓度下差异均达显著或极显著水平。由此确定0.04 mmol/L和4 mmol/L的硝酸盐浓度适合作为高粱低氮胁迫的低氮处理和正常氮处理水平。3、通过高通量测序获得高粱低氮响应的已知miRNA总数为122个,具有显著或极显著差异的miRNA,总数为107个,分属于27个miRNA家族。其中根系短时胁迫下,60个差异表达的miRNA中38个为上调表达,22为下调表达；长时胁迫的41个差异表达miRNA,上调表达数22个,下调表达数19个；叶片短时胁迫下,82个差异表达miRNA中20个为上调表达,62为下调表达,长时胁迫的76个差异表达miRNA,上调表达数26个,下调表达数50个。4、用生物信息学方法对107个有差异的已知miRNA进行靶基因预测,发现78个已知的显著差异miRNA有靶基因,其靶基因共101个。这些靶基因行使的生物学功能达30多种,其中55%的靶基因为结合功能,40%的为未知功能,8%为转录因子活性,7%的水解酶活性,此外还有蛋白质二聚化、氧化还原酶、信号转导和ATP酶活性等。5、高通量测序共获得新miRNA总数123个,其中根系中短时胁迫差异表达数为16个,长时胁迫差异表达数为4个,叶片中短时胁迫差异表达数为27个,长时胁迫差异表达数为20个。根系中短时胁迫的16个差异表达miRNA中5个为上调表达,11为下调表达,长时胁迫的4个差异表达miRNA,上调表达数2个,下调表达数2个；叶片中短时胁迫的27个差异表达miRNA中4个为上调表达,23个为下调表达,长时胁迫的20个差异表达miRNA中,上调表达数7个,下调表达数13个。6、对4个新的差异miRNA进行靶基因预测,发现8个靶基因。对这些靶基因进行功能注释,发现一个靶基因功能未知,其余7个靶基因都有结合功能,即DNA结合、铁离子结合、蛋白质结合、金属离子结合和磷酸吡哆醛结合等。7、通过实时荧光定量PCR结合geNorm软件分析,确定基因GAPDH和EIF4a适合作为高粱叶片中靶基因定量PCR的内参,而sbGAPDH和EIF4a适合作为高粱根系中基因定量PCR的内参。8、我们采用实时荧光定量PCR对候选miRNA及其靶基因的表达进行验证,结果表明miRNAs的表达趋势与高通量测序结果吻合,大部分miRNA与其靶基因的表达为负调控关系。