土壤盐渍化是作物生产的主要障碍之一。棉花较耐盐胁迫,是盐碱地先锋作物,但高盐胁迫仍对棉花的生长发育及其产量品质造成严重的影响。当土壤盐浓度超过0.3%时,棉花植株的生理机能和物质代谢受到显著影响,生长发育停滞,产量和品质大幅下降。不同棉种之间的耐盐性差异很大,甚至同一棉种不同品种或不同生长阶段的耐盐性也不同。因此探究不同棉种的耐盐能力,研究棉花盐胁迫响应机理,对提高棉花耐盐性具有重要的理论和应用价值。谷胱甘肽转移酶(GST)和醛脱氢酶(ALDH)是植物生长发育中很重要的酶类,在活性氧及醛类物质清除方面起着不可替代的作用。为了探索棉属植物的耐盐性差异及其盐胁迫的生理特点,本研究选取12个来自A基因组、D基因组和AD基因组的棉种共17个accession材料,测定了它们在盐胁迫条件下29个表型和生理性状,通过综合耐盐指数分析,评价棉种间的耐盐性差异及特点。同时,利用已完成测序的四倍体AD基因组陆地棉基因组数据,并结合其二倍体祖先D基因组雷蒙德氏棉和A基因组亚洲棉的基因组数据,对棉花应答盐胁迫过程中两个重要的活性氧物质清除酶GST基因家族和ALDH基因超家族进行了全基因组鉴定及比较基因组学分析,探索棉属植物盐胁迫的分子机制。主要研究结果如下:1.选取来自A基因组、D基因组和AD基因组12个棉种共17份材料,测定了29个盐胁迫生理性状值,最终得出每个参试材料的综合耐盐指数,结果表明:中度盐胁迫和高度盐胁迫都显著影响棉花的正常生理代谢,说明盐胁迫抑制棉花的正常生长发育;在两种盐浓度处理条件下,起源于巴西东北部的四倍体棉种黄褐棉耐盐性最高,其次是起源于加拉帕戈斯群岛的克劳茨基棉,A基因组棉花整体耐盐能力都较强;总体来看,A基因组棉种的耐盐性显著高于D基因组棉种,但AD基因组棉种耐盐性介于两者之间,说明四倍体本身不一定比二倍体有更高的耐盐性;AD基因组棉种在正常条件下的盐胁迫生理性状值与A基因组祖先亚洲棉更相似,但经过盐胁迫诱导后,AD基因组棉种的盐胁迫生理性状转变为与D基因组雷蒙德氏棉更相似。2.利用四倍体陆地棉及其二倍体祖先棉种雷蒙德氏棉和亚洲棉基因组数据库,对GST基因家族进行全基因组水平的鉴定,结果表明:(1)陆地棉中含有98个GST基因,分散分布在25条染色体上;雷蒙德氏棉和亚洲棉中分别含有59个和49个GST基因,均分散分布在13条染色体上;系统发育分析可将它们分为八个不同的功能亚家族;(2)全基因组复制导致陆地棉中GST基因家族扩增;串联复制导致GST基因在这两个二倍体棉种中显著扩增,其中GST Tau和Phi亚家族的扩增更明显;(3)陆地棉两个二倍体祖先棉种之间GST复制基因在进化过程中经历了强烈的纯化选择,说明基因功能的分化受到抑制;(4)大多数GST基因在盐胁迫条件下的表达被上调,说明GST基因在棉花盐胁迫响应应答中起着重要作用;(5)两个二倍体棉种之间的直系同源GST基因表达模式存在一定的差异,说明其功能在进化过程中已经开始分化,这可能与亚洲棉和雷蒙德氏棉适应不同的生长环境有关。3.利用四倍体棉种陆地棉及其两个二倍体棉种雷蒙德氏棉和亚洲棉的基因组数据库,对ALDH基因超家族进行全基因组水平的系统鉴定,结果表明:(1)两个二倍体棉种和四倍体棉种基因组中分别各含有30个和58个ALDH基因且都可分为10个不同的功能家族,陆地棉基因组中ALDH基因超家族成员分散分布在19条染色体上;(2)全基因组倍增是四倍体棉种ALDH基因超家族扩增的主要原因,与来自A基因组亚洲棉ALDH直系同源基因相比,陆地棉A亚基因组的ALDH基因更倾向于和海岛棉A亚基因组之间直系同源ALDH基因聚类在一起,同样,两个四倍体棉种D亚基因组的ALDH直系同源基因也聚类在一起,这与它们的进化关系一致;(3)四倍体棉种中一些部分同源ALDH基因并不是与其祖先基因组呈现一一对应关系,证明在进化过程中发生了基因丢失、复制或染色体重组;(4)组织特异性表达模式发现,陆地棉ALDH超家族成员主要在根和茎中高表达,部分同源基因之间的表达模式出现分化;(5)盐胁迫诱导条件下,大部分ALDH基因的表达在叶片中显著上调,说明ALDH基因主要在陆地棉叶片组织中参与对盐胁迫的应答反应。综上所述,本研究对来自A、D基因组12个重要的棉种进行了系统的耐盐性分析,发现不同棉种耐盐性的差别。并进一步通过比较基因组学对棉属中的GST和ALDH基因家族进行了综合研究,显示它们在棉属物种中的特异性扩增及进化过程中发生了功能分化,且在棉花盐胁迫诱导的应答反应中起着重要作用;这些研究结果为最终研究棉属植物盐胁迫条件下的响应机制、棉属中两个基因家族的系统发育关系、多倍体研究与环境胁迫以及棉花种质资源库的合理利用奠定了基础。