植物表皮蜡质在植物抵御各种生物和非生物胁迫中具有重要作用。二穗短柄草作为麦类作物重要的模式植物,研究其表皮蜡质的抗旱机理和烷烃合成相关基因,可为小麦等重要作物的研究提供借鉴。本论文通过气相色谱质谱联用（GC-MS）和气相色谱离子化火焰检测器（GC-FID）分析了干旱胁迫后二穗短柄草叶片的表皮蜡质,利用扫描电子显微镜（SEM）观察了叶片蜡质晶体的结构,同时分析了叶片的失水速率和叶绿素渗透率。用拟南芥烷烃合成酶基因CER1和CER3的蛋白序列在二穗短柄草数据库中分别进行同源比对,对获得的同源序列进行生物信息学分析,确定出了二穗短柄草烷烃合成酶相关的候选基因;分析候选基因在不同组织和不同胁迫下的表达特征,从中选择重要的候选基因进行了克隆和构建植物超表达载体。研究结果如下:1.二穗短柄草品种Bd21叶片上下表面蜡质晶体均为片状结构,表皮蜡质含量为11.39±1.40μg/cm²,从中共鉴定出了22种化合物,主要分为初级醇、醛、烷烃和脂肪酸4类化合物。这些化合物中初级醇类含量最高,其中C₂₆醇含量是所有化合物中最突出的,其次是醛类化合物和烷烃类化合物,脂肪酸类化合物的含量最少。2.干旱胁迫对蜡质化合物的种类无影响,但能够促进叶片表皮蜡质含量的增加,其中对烷烃类化合物含量的影响最大,与对照相比增加了20.49%,主要体现在C₂₅、C₂₇和C₃₃烷烃含量的增加上,对初级醇类化合物含量的影响次之,与对照相比增加了16.08%,主要体现在C₂₂、C₂₄、C₃₀和C₃₂醇含量的增加上,对醛和脂肪酸含量的影响较小,与对照相比分别增加了13.15%和7.14%。干旱胁迫后叶片上下表面蜡质晶体的形态结构没有发生改变,而蜡质晶体的增多可能与蜡质中初级醇含量的增加有关。干旱胁迫后叶片表皮渗透性的降低,导致叶片失水速率和叶绿素渗透率变得更加缓慢,而这种变化可能与蜡质中烷烃含量的增加有关。3.二穗短柄草基因组中存在5个CER1候选基因和3个CER3候选基因,共编码17个同源蛋白,其中只有13个同源蛋白具有脂肪酸脱氢酶结构域和蜡质碳末端结构域,并在脂肪酸脱氢酶结构域处存在三个重要的组氨酸簇。氨基酸序列多重比对显示,BdCER1-1到BdCER1-5与CER1具有50%以上的氨基酸一致性,BdCER3-1到BdCER3-3则与CER3具有60%以上的氨基酸一致性。在进化树中可明显地分为CER1蛋白家族和CER3蛋白家族,同时与水稻和玉米中的同源基因蛋白序列紧密地聚在一起。以上分析初步表明了这8个候选基因具有烷烃合成酶的功能。4.组织表达分析显示,BdCER1-1和BdCER1-3主要在穗和颖壳中表达,同时BdCER1-3也在节中大量表达,而BdCER1-4的表达具有组织特异性,其主要在叶片中高表达,其余基因在各组织中的表达量普遍偏低。这表明,BdCER1-4主要参与叶片中烷烃的合成,而BdCER1-3在参与节中烷烃合成的同时,与BdCER1-1一起参与穗和颖壳中烷烃的合成,并在其中起着主要的作用。5.逆境胁迫表达分析显示,BdCER1-4与BdCER1-5能够被干旱、PEG和盐胁迫诱导上调表达,而BdCER1-3与BdCER3-3均能够被干旱、PEG、ABA和盐胁迫诱导上调表达,这表明BdCER1-4与BdCER1-5响应干旱和盐胁迫的机制不同于BdCER1-3与BdCER3-3。其它基因响应干旱、PEG、ABA和盐胁迫的能力不明显。6.从二穗短柄草的叶片和穗下茎中成功克隆出了BdCER1-1、BdCER1-3、BdCER1-4、BdCER3-1和BdCER3-3,并将BdCER1-1、BdCER1-4、BdCER3-1和BdCER3-3成功连入植物超表达载体pCXSN中。