磷是植物生长发育必需的大量元素之一,在植物的整个生命活动中发挥着重要作用。磷肥的物理化学特性特殊,容易被土壤颗粒吸附固定,导致土壤中的有效磷偏低。以往的研究结果表明,植物可以通过分泌苹果酸活化土壤中的难溶性磷,同时苹果酸脱氢酶在控制苹果酸合成的过程中起重要作用,因此,研究苹果酸脱氢酶对进一步理解作物适应低磷胁迫具有重要的意义。本研究以大豆为研究材料,首先优化了大豆苹果酸提取和测定的方法,分析了低磷胁迫对大豆不同组织部位苹果酸浓度以及根系苹果酸分泌速率的影响。同时,我们对参与苹果酸合成的大豆苹果酸脱氢酶（GmMDHs）家族成员进行了表达模式分析。在此基础上,以低磷显著增强表达的GmMDH3和GmMDH12为候选基因,通过对GmMDH3和GmMDH12蛋白生化功能的比较研究,结合GmMDH12超量表达植株的功能分析,初步明确了苹果酸脱氢酶参与大豆合成苹果酸影响根瘤生长的生物学功能,主要研究结果如下:1)基于高效液相色谱（HPLC）的测定方法,比较了采用去离子水和0.25 mol·L^-1盐酸提取方法,结合不同温度的水浴处理对测定大豆叶和根的内源苹果酸浓度的影响。结果显示,与0.25 mol·L^-1盐酸提取相比,采用去离子水提取的方法对后期HPLC分析大豆苹果酸浓度的结果更稳定。2)分析了低磷胁迫不同时间对大豆新叶、老叶和根部苹果酸浓度以及根系苹果酸分泌速率的影响。结果显示,低磷胁迫7、14和21天对大豆新叶内源苹果酸含量的影响不显著。但是,低磷胁迫显著降低了老叶苹果酸的含量,尤其在低磷处理21天,老叶中的苹果酸浓度减少了62%。相反,低磷处理14和21天,大豆根部的内源苹果酸浓度分别增加了1.6倍和1.7倍。而且,低磷胁迫7、14和21天均显著增加了根系苹果酸的分泌速率,尤其是在低磷胁迫14天时,根系分泌苹果酸的速率增加了2.9倍。3)大豆GmMDHs家族中至少存在16个成员。定量qPCR分析结果表明,在低磷胁迫14天时,在大豆新叶、老叶和根分别有9个、9个和3个成员的表达量显著增加。在此基础上,动态分析了不同时间的低磷处理对GmMDH3和GmMDH12在大豆根瘤表达量的影响。结果表明,低磷胁迫20和30天,显著增加了GmMDH3和GmMDH12在大豆根瘤的表达量,尤其是在30天时,GmMDH3和GmMDH12表达量分别增加了2倍和7倍。4)通过大肠杆菌的异源表达,纯化了GmMDH3和GmMDH12的融合表达蛋白,并分析了它们的酶学特性。结果表明,GmMDH3和GmMDH12均具有体外催化草酰乙酸（OAA）合成苹果酸的功能。其中GmMDH3酶促反应的最适温度为60℃、最适底物为1 mmol·L^-1的草酰乙酸。但是,GmMDH12的最适反应温度为40℃,最适底物为1.5 mmol·L^-1的草酰乙酸。而且,添加不同金属离子对GmMDH3和GmMDH12酶活性的影响不同。其中,Fe²⁺显著增强了GmMDH3的酶活性,但是抑制了GmMDH12酶活性;Mg²⁺和Zn²⁺的添加对GmMDH3的酶活性没有影响,但是显著抑制了GmMDH12的酶活性。5)对超量表达GmMDH12的两个大豆转基因株系的分析结果表明,超量表达GmMDH12不仅显著增加了大豆根瘤的数目和苹果酸浓度,而且显著提高了其血红蛋白的浓度和氮磷含量,揭示了GmMDH12具有调控大豆根瘤苹果酸合成,从而影响其生长的生物学功能。