干旱诱导蛋白的研究
1980年以后，植物抗旱生理研究从一般的生理反应变化推进到抗旱机制的研究，即从分子水平上对抗旱生理进行研究，大分子蛋白质的变化是研究的主要内容之一，干旱条件下蛋白质代谢是随干旱增强，可溶性蛋白量降低，在大部分蛋白合成受阻的同时，小部分干旱诱导蛋白被合成，这些干旱诱导蛋白可能导致植物抗旱性的增强，并适应干旱环境。我们用3H-亮氨酸（Leu）对冬小麦叶片蛋白质合成进行示踪表明，随着胁迫强度的增强，3H—Leu相对吸收和掺入率下降，说明干旱引起蛋白质合成受阻，一般抗旱性强的减少较少，弱抗则相反。我们用高分辨率的双向电泳技术研究了水分胁迫下，不同抗旱性冬小麦蛋白质代谢规律与抗旱性的关系，处理方法是重度渗透胁迫处理根部，从叶片提取蛋白进行双向电泳分析，与对照（正常浇水）相比观察新蛋白出现情况，结果抗旱品种干旱诱导蛋白变化早于弱抗品种，水分胁迫后复水，蛋白质变化包括干旱诱导蛋白恢复至对照水平。蛋白质转录抑制剂——放线菌素D可抑制干旱诱导蛋白的产生，说明其基因表达主要在转录水平进行调控。
一些试验认为脱落酸（ABA）可能是水分亏缺时的一种化学信号，这一信号传递开启了基因表达产生特异蛋白，我们试验观察到一些品种不进行水分胁迫，只用脱落酸处理可以产生与水分胁迫相同的干旱诱导蛋白，而有的品种则不出现，并对不同浓度脱落酸反应不一致。由此表明不同浓度脱落酸对冬小麦干旱诱导蛋白的效应是不同的，且与抗旱性有关，二者对干旱诱导蛋白的形成有一定的差异性。
由于叶绿体是细胞进行光合作用和合成ABA的场所，我们研究了水分胁迫下冬小麦叶绿体中干旱诱导蛋白的产生，结果发现，不但中度胁迫（-0.85MPa），而且轻度胁迫（-0.5MPa），离体叶绿体内都能产生干旱诱导蛋白。
近年来，我们以核质杂种冬小麦NC4、NC37及其核供体丰抗13为材料，探讨了根部胁迫，叶片蛋白质合成模式变化及干旱诱导蛋白产生和抗旱性之间的关系。核质杂种其细胞核基因是相同的，而细胞质不同。选用的NC4、NC37是我国第一个能在生产上应用的核质杂种小麦，比核供体丰抗13产量高、性状好。试验结果表明，经过72h-1.5MPaPEG-6000渗透胁迫处理后NC4和NC37叶片中出现了一个PI（等电点）＝5.8，分子量为20KD的干旱诱导蛋白，正常浇水的对照组没有。转录抑制剂——放线菌素D或翻译抑制剂——环己亚胺都可抑制此新蛋白合成，说明该蛋白是由水分胁迫诱导新合成的。根部施用100mg·kg-1ABA处理幼苗，在叶片中该蛋白同样出现。ABA与环己亚胺联用时，该蛋白合成也被抑制，说明该蛋白也可以由ABA诱导而重新合成。关于干旱诱导蛋白的功能，国际上正在探索尚无定论。高等植物的抗性是一个相当复杂的适应过程，是受多基因控制的，从生理学的观点和逆境蛋白的角度研究植物的抗性，从而了解抗性的分子机理，是抗性遗传工程的基础性工作。
作物生理生态与抗旱节水增产
中国科学院西北水土保持研究所山仑认为当前粮食产量低下的主要原因不是降水不足，而是对降水未能加以有效利用。如宁夏南部丘陵区年平均降水量470mm，而农田作物平均耗水量（ET）280mm，为降水量的59.6％。因此深入研究提高降水利用率及植物水分利用率（WUE）就成为高效利用有限水资源，持续提高我国北方半干旱地区土地生产力的一个核心问题，对于抗旱性较强的水稻，水分利用率在中等供水条件下比充足供水时高出39％～73％。在黄土高原中低产区（产量低于2250～3000kg／hm2）采取深耕、增施肥料等技术促使根系下扎，以充分利用土壤储水，对于具有深厚土层的旱地农田特别重要。水分利用率的提高不能依靠常规灌溉，在当前主要是通过品种改良和以培肥地力为主的栽培技术的改进。叶面喷施黄腐酸也可使叶片气孔开度减小、蒸腾降低，同时还促进了光合效率的提高和根系活力的增强，增产效果明显。钙-赤霉素合剂浸种对于干旱条件下成苗以及单叶与植株群体的水分利用效率均有促进作用。
干旱逆境对丛枝菌根植物代谢物之影响
Auge等（1987）曾观察到在干旱逆境下的丛枝菌根玫瑰，叶片含有较高的叶绿素与淀粉含量。而Charest等（1993）在玉米，Dumas等（1990）在烟草、洋葱也观察到在逆境下丛枝菌根植株有较高的可溶性蛋白质含量。因此这些代谢物含量的变化似乎可做为丛枝菌根植物是否耐旱的指针。Subramanian and Charest（1995）以两种玉米C0（对干旱敏感）、C8（对干旱抗性）比较在出穗后给予三周缺水逆境处理与接种Glomus intraradices与否，观察对植物代谢物的影响。结果此二种丛枝菌根玉米在干旱逆境下都表现得较为耐旱，且非菌根玉米全糖量下降32.2%，丛枝菌根玉米只下降13.7%，同时丛枝菌根玉米还原糖含量（20~23.4mg/g）也比非菌根玉米（12.8~16.6mg/g）高。显示丛枝菌根可能可以藉由较高的含糖量来维持叶片较高水分潜势与较低气孔阻力以增加宿主植物的抗旱力（Subramanian and Charest，1995）。Ackerson（1981）以棉花作的试验也有相似的结果。Schellenbaum等（1998）也表示丛枝菌根可以显著影响干旱下烟草植株可溶性碳水化合物的累积与分配。Charest等（1993）曾提出逆境下可溶性蛋白质的提高可作为植物耐逆境的指针。而丛枝菌根菌所诱导出的蛋白质在烟草、洋葱（Dumas et al，1990），西红柿（Simoneau et al，1994）上也已被确认。一般认为这些蛋白质应该在植物耐旱机制上扮演一调节角色。此外，在干旱逆境下氨基酸含量也会显著增加，非丛枝菌根植物增加40.6%~43.7%，丛枝菌根植物只增加10.7%~19.2%，丛枝菌根植物增加的量较少，可能表示丛枝菌根可缓和逆境下宿主植物蛋白质的分解（Auge et al，1992； Subramanian and Charest，1995）。且Cliquet and Stewart（1993）也认为丛枝菌根可增加宿主玉米氨的同化与木质部氮的转运，即丛枝菌根在干旱逆境下也会影响宿主植物氮素的代谢。因此许多研究报告均指出与氮素代谢相关的酵素，如：硝酸还原酶（nitrate reductase）等，在干旱逆境下丛枝菌根植株具有较高的酵素活性（Azcon and Tobar ，1998； Panwar，1993； Subramanian and Charest，1998）以增加其耐旱性。植物体内脯胺酸（proline）含量的变化也是常用来评估植物是否耐旱的指针之一。Ramakrishnan（1988）、Ruiz-Lozano and Azcon（1997）认为在干旱下较耐旱的丛枝菌根植株因受害较低，故叶片内的脯胺酸含量也较低。但也有学者持不同看法，认为耐旱的丛枝菌根植株可产生较多脯胺酸含量以作为渗透调节之用（Ruiz-Lozano et al，1995；Azcon et al，1996）。可能因作物、干旱处理等条件不同，故反应并不一致。此外游离性的多胺（free polyamine）、（r-amino-n-butyric acid、trigonelline等含氮化合物的浓度也都曾被作为评估丛枝菌根植株是否耐旱之指针（Gemma et al，1997； Goicoechea et al，1998；Von Reichenbach and Schonbeck，1995）。这都显示出在干旱逆境下丛枝菌根确实影响到宿主植物氮素的代谢与其耐旱性。Rao and Rao（1993）、Clark and Zeto（1996）、Gemma等（1998）均曾报告丛枝菌根植物含有较高的叶绿素含量。Allen等（1981）、Mathur and Vyas（1995）更指出即使在干旱逆境下丛枝菌根植物因具有较高的叶绿素含量，故可能有较高的光合作用速率而表现得较为耐旱。
干旱逆境对丛枝菌根植物养分吸收的影响
一般认为菌根植物能藉由根外菌丝帮忙吸收一些养分离子。除了磷之外，还有氮、钾、镁、钙、铜、锰、铁等。因此在干旱逆境下丛枝菌根帮助宿主植物耐旱，除了直接帮助吸收水分外（Allen，1982；Faber，1991），也有可能是透过间接的养分吸收之改变而增加植物对干旱的忍耐性（Al-Karaki et al，1998；Barakan and Heggo，1998；Tobar et al，1994b）。Bethlenfalvay等（1988）就曾观察到干旱逆境下，菌根大豆可藉由吸收较多磷来促进根部的生长，进而增加水分的传导与输送。Nelsen（1982）也认为丛枝菌根洋葱主要是因磷的增加而增加耐旱性。Tobar等（1994a）观察到在干旱逆境时一般莴苣根部NO3-吸收被限制，但丛枝菌根莴苣却能吸收NO3-，增加地上部重量与其耐旱性。