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小麦氮效率性状的遗传改良是育种中的重要目标。由于小麦遗传基础狭窄,其本身可利用的氮高效遗传资源贫乏,严重阻碍了小麦氮高效育种的顺利开展。因此,从小麦近缘植物中鉴定和发掘氮高效基因,为小麦氮高效育种提供优异种质资源则显得愈加重要。在本研究中,通过对粗山羊草自然群体进行苗期氮效率性状筛选,得到氮高效吸收利用及耐低氮胁迫的粗山羊草材料,利用QTL定位鉴定控制氮效率性状的优异QTL/基因,并开发标记对粗山羊草-普通小麦渗入系群体进行筛选。利用转录组测序对粗山羊草中的耐低氮基因进行筛选鉴定。同时,利用普通小麦NAM群体对氮效率性状进行QTL定位,在小麦中筛选鉴定优异氮效率基因型。本研究通过对粗山羊草和普通小麦氮效率及相关性状进行遗传分析,以期为小麦氮效率性状的遗传改良提供参考。论文主要研究内容如下:1.利用127份粗山羊草自然群体进行苗期氮效率水培试验,结果表明,不同基因型的粗山羊草氮效率性状的遗传变异较大。本研究筛选鉴定出16份氮高效耐受型粗山羊草,18份高效不耐受型粗山羊草,以及18份低效耐受型粗山羊草。其中,京Y225在高氮条件下和低氮条件下均表现较好,是氮高效、耐受低氮的材料,将其用于进一步遗传分析中。2.筛选出的氮高效粗山羊草京Y225及氮低效粗山羊草京Y176杂交产生杂种F1,再利用四倍体小麦Landon（LDN）与京Y225/京Y176杂种F1杂交,人工合成小麦单倍体（ABD）,该单倍体经过染色体自然加倍创建了四倍体小麦-粗山羊草DH群体（AABBDD）。对DH群体氮效率性状的QTL分析发现,在1D、2D、3D和4D染色体上共检测到了11个控制氮素吸收效率、全氮含量、产量、生物量和有效分蘖的QTL,其中QUE-3D.1、QTN-3D.1、QBM-3D.1、QGY-3D.1和QET-3D.1均位于染色体3D上,能解释较高的表型变异（6.5%-20.5%）,且均位于侧翼标记Xcfd35-Xgpw4074（0 cM-54 cM）之间,其加性效应均来源于LDN-Y225,这表明该区段是影响氮效率相关性状的重要区段。3.以普通小麦济麦22为轮回亲本,粗山羊草京Y225为父本杂交,经过多代回交与自交,得到不同回交世代的渗入系材料。利用Xcfd35-Xgpw4074之间的公共SSR引物及参照物理图谱在该区间设计的SSR引物,对京Y225-济麦22的渗入系系进行筛选,共得到13个在该区段含有京-Y225渗入片段的优良株系。这13份渗入系材料与济麦22相比,具有更高的氮素吸收效率,表现为分蘖较多、单株产量较高、千粒重较大、籽粒蛋白含量较高等特点。同时,利用京Y225与LDN（AABB）杂交,经幼胚拯救及单倍体自然加倍,获得了LDN-Y225双二倍体株系。LDN-Y225氮效率较LDN有了较大提高,可直接与普通小麦杂交,利用分子标记辅助选择（MAS）实现优异基因的转移。4.对京Y225进行低氮处理,以高氮处理做对照,进行转录组测序。结果表明,在863个差异表达基因中,680个呈现上调表达,183个下调表达,87个差异表达基因为转录因子。GO分析将差异表达基因富集到46个生物代谢过程中,KEGG分析将426个注释富集到80个代谢通路中。选取氮代谢通路和植物内源激素代谢通路的4个上调表达基因NRT1.1（TraesCS7D01G119800）、IAA15（TraesCS3D01G123400）、LBD37（TraesCS2D01G193400）、SAUR36（TraesCS2D01G383200）和2个下调基因NiR（TraesCS6D01G313100）、NLP3（TraesCS3D01G166900）做进一步验证,上述6个基因的qRT-PCR表达变化与转录组结果一致。其中,IAA15基因转录水平较高,在根系的生长、发育调控中发挥重要作用。对127份粗山羊草的IAA15克隆及序列比对分析,发现IAA15在粗山羊草自然群体中有3种单倍型。利用粗山羊草自然群体进行关联分析发现,该基因与粗山羊草氮高效性状及耐低氮性状呈极显著相关,推测与京Y225相同的单倍型Hapl.I为高效耐受基因型。为了便于分子标记辅助转移育种利用,我们开发了分子标记,可用于小麦与粗山羊草杂交后代耐低氮基因IAA15的筛选、鉴定及育种利用。5.利用普通小麦NAM群体构建了整合遗传图谱,并对苗期氮效率性状进行QTL定位。67个QTL可在两个及以上环境中被重复检测到,其中31个QTL（Type-I）仅在高氮处理中被定位到,22个QTL（Type-II）仅在低氮处理中检测到,14个QTL（Type-III）能在高氮和低氮条件下均能被检测到。利用耐低氮指数对22个Type-II QTL进一步验证发现,QRSDW-1B.2、QRDW-2A.1、QRSDW-5A.1和QRDW-7A.1为高可信度QTL,参与了小麦低氮胁迫的响应。进一步分析发现,偃展1号贡献了23个QTL,其中15个为Type-I类QTL;半野生小麦贡献了更多的Type-II类QTL,察雅折达29号贡献了8个,云南小麦贡献了9个耐低氮QTL。QRSDW-1B.2、QRSDW-5A.1和QRDW-7A.1的加性效应来自于云南小麦。QRSDW-5A.1能将根冠比提高18.9%-22.7%,显示其在小麦耐低氮育种中良好的应用前景。