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波兰小麦（Triticum polonicum L.,2n=4x=28,AABB）籽粒大、千粒重高、籽粒中锌（Zn）和铁（Fe）含量高以及具有矮化性状等特点,是小麦生产和遗传改良的重要资源材料。矮秆波兰小麦（Triticum polonicum L.,2n=4x=28,AABB,Dwarf Polish Wheat,DPW）来源于我国新疆吐鲁番地区,携带一个自然突变的矮化位点及对镉（Cd）、Zn具有较高的耐受性,是研究小麦矮化和Cd/Zn互作的理想材料。控制DPW矮化性状的基因位于4BS染色体上,是一个隐性单基因或位点,对该矮化基因及其分子机制未知。目前,Cd/Zn互作的研究主要集中在互作方式的挖掘,对分子和生理响应研究不足。本研究通过高通量组学分析、性状调查、金属含量分析、金属亚细胞分布、基因表达模式分析等方法和手段来研究DPW的矮化及Cd/Zn互作的生理和分子响应,主要结果如下:1.DPW矮化性状与籽粒大小和叶型等不相关,是脱落酸（ABA）、细胞分裂素（CK）、油菜素内酯（BR）、生长素（IAA）和光照不敏感型。对茎秆伸长期的茎秆进行转录组和蛋白质组学分析获得与矮化相关的108个差异表达基因（DEGs）和12个差异表达蛋白（DEPs）。DEGs主要涉及类黄酮代谢、纤维素代谢和IAA转运等进程;DEPs主要涉及类黄酮代谢和S-腺苷甲硫氨酸（SAM）代谢、纤维素代谢、细胞壁可塑性和细胞扩张等进程。对茎秆伸长期的茎秆木质素的分布和含量测定分析发现,DPW的木质素含量显著低于高秆波兰小麦（Triticum polonicum L.,2n=4x=28,AABB,High Polish Wheat,HPW）的木质素含量,主要体现在S型单体木质素含量的降低。同时,DPW的纤维素含量也低于HPW,但类黄酮含量显著高于HPW。DPW的细胞大小显著小于HPW的细胞。2.Cd、Zn和Cd+Zn处理DPW的幼苗2天,发现Zn抑制Cd在根中的吸收和向地上部分的转运,Cd抑制Zn在根中的吸收,但是对其向地上部分的转运无影响。根部蛋白质组学分析发现Cd、Zn和Cd+Zn分别诱导了205、302和190个蛋白的表达。其中,53个蛋白被这3个处理共同诱导;58、131和47个蛋白分别被Cd、Zn和Cd+Zn特异诱导;61个蛋白被Cd和Zn诱导;33个蛋白被Cd和Cd+Zn诱导;57个蛋白被Zn和Cd+Zn诱导。一些涉及氧化还原、谷胱甘肽（GSH）、SAM和蔗糖代谢进程的蛋白被Cd诱导,而不被Cd+Zn诱导;一些涉及蔗糖、有机酸和氧化还原进程的蛋白被Zn诱导,而不被Cd+Zn诱导;其他蛋白被Cd、Zn或Cd+Zn胁迫诱导,涉及核糖体生物合成、DNA代谢和蛋白质折叠/改良。3.Cd、Zn和Cd+Zn处理DPW的幼苗5天,发现Zn抑制Cd的吸收,促进Cd从根向地上部分的转运;Cd只抑制Zn的吸收。根部转录组分析发现,1269、820和1254个基因的表达分别被Cd、Zn和Cd+Zn显著调节。其中,381个基因被这3个处理共同诱导;763个基因被Cd诱导;172个基因被Zn诱导;42个基因被Cd和Zn诱导;83个基因被Cd和Cd+Zn诱导;225个基因被Zn和Cd+Zn诱导;565个基因被Cd+Zn诱导。一些金属转运蛋白,如钙转运ATPase和植物钙调抗性蛋白被Cd+Zn特异调节。一些编码金属转运或调节的相关基因,如ABC（ATP-binding cassette）转运体、金属螯合剂、烟酰胺合成酶（NAS）、液泡铁转运体（VIT）、金属烟草胺转运体（YSL）和硝态氮转运体（NRT）,被Cd或（和）Cd+Zn调节。4.转录组分析发现硝态氮（NO3–）参与DPW的Cd/Zn互作。Cd和Zn处理下,与缺失NO3–相比,NO3–提高了Cd的吸收,降低了Zn的吸收和Cd和Zn的转运。Cd+Zn处理下,NO3–抑制了Zn的吸收。缺失和施加NO3–下,Zn抑制了Cd的吸收,促进其转运。施加NO3–时,Zn抑制Cd的吸收更强;Cd促进Zn的吸收。Cd处理下,NO3–增加了根可溶性组分的Cd含量,降低了地上部分细胞壁组分的Cd含量;Zn处理下,NO3–增加了根细胞器组分的Zn含量,降低了根可溶性组分和地上部分所有组分的Zn含量。Cd+Zn处理下,施加NO3–增加了根可溶性组分的Cd含量,降低了地上部分细胞壁组分的Cd含量;减少了根所有组分和地上部分细胞器和可溶性组分的Zn含量。在Cd处理下,施加NO3–增加了15NO3–在根和地上部分的含量;在Zn处理下,施加NO3–降低了15NO3–在根中的含量;在Cd+Zn处理下,施加NO3–降低了15NO3–在地上部分的含量。5.建立了一个DPW转录本库,从中分析获得30个DPW的ABC基因,分为七个亚族（ABCA-ABCG）。新发现24个小麦的ABC转运蛋白。对13个ABC基因在不同金属胁迫下的表达模式进行分析,发现这些基因都被Cd差异调节（除了根中TpABCE2、TpABCF4和TpABCF6的表达）;同时也被其他金属,包括Zn、Fe、铜（Cu）、镁（Mg）和镍（Ni）等不同程度的调节。