杨树（Populus）作为重要的用材和造林树种,广泛应用于造纸、家具工业和生物能源。杨树的地上部分生长快,对水分的需求量大,而我国西北干旱和半干旱地区水分匮乏,杨树的生长发育受到了严重抑制,干旱已成为影响其可持续发展的一个重要因素。脯氨酸的积累常常在植物应对干旱等渗透胁迫时出现,以缓解胁迫带给植物的损害。P5CS作为编码脯氨酸合成关键酶的基因,具有较大的研究价值。本研究在白杨派杨树优良品种84K杨（Populus alba×P.glandulosa）中克隆脯氨酸合成代谢的关键限速酶基因-P5CS1基因,分析了其时空表达模式及干旱胁迫响应特征;以银中杨（Populus alba×P.Berolinensis）为遗传转化受体进行了P5CS1基因的超表达、抑制表达遗传转化,从表型、分子和生理水平上对P5CS1基因的抗旱功能进行了鉴定。主要结果如下:1.84K杨P5CS1基因克隆分析表明,Pag P5CS1开放阅读框为2160 bp,由719个氨基酸编码组成。在现有的毛果杨数据库中,通过生物信息学分析,预测Pt P5CS1和Pt P5CS2均为不含信号肽的非跨膜的亲水性蛋白。系统发育结果表明,Pt P5CS1和Pt P5CS2蛋白在植物进化中高度保守。启动子元件分析显示Pt P5CS1和Pt P5CS2蛋白中含有大量的顺式作用元件,表明P5CS在杨树耐受干旱等非生物胁迫中有重要作用。2.通过荧光定量PCR试验测定银中杨脯氨酸合成代谢基因Pa P5CS1、Pa P5CS2和Pa OAT表达水平,结果表明,随着干旱时间的增加,它们的表达量逐渐上升,故杨树脯氨酸合成代谢基因P5CS1、P5CS2和OAT在应对干旱胁迫时的调控中具有一定功能。P5CS1、P5CS2和OAT基因在杨树的根、茎、叶中均有表达,其中P5CS1和P5CS2基因在杨树叶片中表达水平最高,在茎干中表达水平最低;OAT基因在杨树叶片中表达水平最高,在根中表达水平最低。3.构建了Pag P5CS1超表达载体,并根据农杆菌介导法转化银中杨叶片,成功获得12个Pag P5CS1超表达转基因杨树株系,其中P5CS1基因表达量最高的杨树株系为野生型表达量的8.3倍。4.经过干旱胁迫处理,相对于野生型,超表达株系叶片萎蔫程度更低;在干旱胁迫下,超表达株系中P5CS1基因表达量和脯氨酸含量均高于野生型,说明P5CS1超表达增强了杨树的耐旱性,P5CS1基因在干旱胁迫下发挥了正向调控作用。综上所述,杨树P5CS1基因对干旱胁迫高度响应,Pag P5CS1对干旱胁迫下杨树游离脯氨酸的合成、积累具有关键作用,超表达杨树会通过增加脯氨酸积累来增强杨树的耐干旱能力。