玉米（Zea mays L.）是全球第一大粮食作物,也是中国极其重要的粮食、饲料和工业原料。玉米作为喜温作物,对低温胁迫较为敏感。黑龙江省是中国玉米主产区,早春低温时有发生,严重影响种子萌发,降低出苗率,最终造成减产。因此,提高玉米种子萌发过程中的耐冷性对保障玉米产量具有重要意义。脯氨酸（Proline）不仅是重要的渗透调节物质,作为外源物质在调控植物抗逆性方面也发挥重要作用。然而,脯氨酸在玉米种子萌发过程对低温胁迫响应的作用机理尚不清楚,缺乏深入研究。本研究以玉米品种鑫鑫2号（低温不敏感型）和大民3307（低温敏感型）为试验材料进行萌发试验,设置常温萌发（22℃/10℃,9d）和低温萌发（4℃/4℃,5d转至22℃/10℃,4d）,结合筛选试验得到的最适脯氨酸浓度(15 mmol·L-1)进行浸种处理,研究外源脯氨酸对低温胁迫下玉米种胚渗透调节系统、抗氧化保护系统、呼吸代谢、脯氨酸代谢和内源植物激素含量的影响;同时,结合代谢组学技术,明确脯氨酸调控的差异代谢物和差异代谢途径,以期初步揭示外源脯氨酸对玉米种胚响应低温胁迫的调控基础。结合大田早播试验,以大民3307为试验材料,脯氨酸浸种处理,研究脯氨酸对早播低温下玉米出苗率、株高、光合作用、氮代谢、干物质积累、穗部性状及产量的影响。共同探讨外源脯氨酸提高玉米耐低温胁迫的生理机理。主要结果如下:（1）脯氨酸浸种处理可以显著提高两品种玉米种子在低温胁迫下的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数,增加胚芽鞘长、胚根长、幼芽（胚芽鞘+胚根）干鲜重和α-淀粉酶的活性,其中15 mmol·L-1脯氨酸浸种效果最适。结果表明适宜浓度脯氨酸浸种可以有效缓解低温胁迫对玉米种子萌发和幼芽生长的抑制作用。（2）低温胁迫在一定程度上诱导了玉米种胚中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）活性。脯氨酸浸种处理进一步增强了低温胁迫下种胚中以上酶的活性。脯氨酸浸种处理改善了低温胁迫引起的过氧化氢酶（CAT）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）和脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）活性降低;同时增加了还原型抗坏血酸（AsA）和还原型谷胱甘肽（GSH）两种抗氧化物的含量,降低了氧化型抗坏血酸（DHA）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）的含量,增加AsA/DHA和GSH/GSSG比值,维持抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环的稳定,并能有效降低超氧阴离子（O2·-）产生速率,减少过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）含量,减轻膜脂过氧化程度,降低膜脂透性增加,维持细胞膜结构和功能的完整性,有利于提高植株的耐冷性,加快解除胁迫后种子的萌发。（3）外源脯氨酸通过提高低温胁迫下玉米种胚中Δ~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）和鸟氨酸转氨酶（OAT）活性,增强了谷氨酸途径和鸟氨酸途径对脯氨酸的合成积累。外源脯氨酸处理诱导了低温胁迫和解除胁迫初期脯氨酸脱氢酶（ProDH）活性显著增强,使得脯氨酸加速降解,为种胚初期适应低温胁迫以及胁迫解除后种子快速萌发提供大量的碳氮源和还原力,且在大民3307中的作用效果更为明显。外源脯氨酸处理通过进一步促进渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的积累,提高玉米种胚对低温胁迫逆境的适应性。（4）脯氨酸浸种缓解了低温胁迫对玉米种胚己糖激酶（HXK）、磷酸果糖激酶（PFK）、丙酮酸激酶（PK）、异柠檬酸脱氢酶（IDH）、琥珀酸脱氢酶（SDH）和苹果酸脱氢酶（MDH）活性的抑制,提高了葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（G-6-PDH和6-P-GDH）联合活性,增加细胞色素氧化酶（COX）和交替氧化酶（AOX）活性以及ATP含量,减缓了低温胁迫对总呼吸活性（Vt）、交替途径实际运行活性(ρValt)和细胞色素主路运行活性(ρVcyt)的抑制作用,且对大民3307促进作用更为显著。这表明,外源脯氨酸处理可以通过提高AOX活性,缓解COX活性降低,减轻电子泄露,降低活性氧积累,保护线粒体膜完整性,部分恢复糖酵解-三羧酸循环（EMP-TCA）途径的运行,提高磷酸戊糖途径（PPP）效率,增加ATP生成量,增强低温胁迫及胁迫解除后种子萌发过程中的呼吸作用,为线粒体修复和再合成提供原料和能量。（5）低温胁迫下,两品种玉米种胚中脱落酸（ABA）的含量均显著升高,赤霉素（GA）、生长素（IAA）和玉米素核苷（ZR）显著降低。脯氨酸浸种可缓解低温胁迫下萌发的玉米种胚中IAA,ZR和GA含量的下降,减少ABA含量的上升幅度,提高玉米种胚的抗冷性,缓解低温对种子萌发的抑制作用,并促进胁迫解除后种子的萌发。（6）基于超高压液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）检测平台和自建数据库,各处理的玉米种胚中共检测到589个代谢物,其中差异代谢物262个,包括32种有机酸,28种氨基酸,20种核苷酸及其衍生物,26种糖及醇类,46种脂类,51种生物碱,44种酚类和15种其他类代谢物。通过KEGG富集分析获得68条差异代谢物参与的代谢通路。对差异代谢物进行了统计分析的结果表明,外源脯氨酸增加了低温胁迫下蔗糖、棉子糖、4-磷酸赤藓糖等响应低温胁迫的糖及糖醇的富集程度,提高了渗透调节物质含量,增强了EMP和PPP运转效率;外源脯氨酸处理还增加了α-酮戊二酸、琥珀酸和延胡索酸的含量,使TCA循环得到部分恢复;外源脯氨酸提高了低温胁迫下种胚中部分氨基酸（鸟氨酸、脯氨酸、甘氨酸等）、生物碱（椰油酰胺丙基甜菜碱、香兰素胺、6-羟基烟酸等）、酚类（泽兰内酯、绿原酸等）以及维生素（烟酸、抗坏血酸等）的含量,这些物质与增强种胚抗冷性密切相关。结合通路富集分析,外源脯氨酸主要通过增强低温胁迫下萌发的玉米种胚中淀粉和蔗糖代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、次生代谢产物的生物合成、类黄酮生物合成和磷酸戊糖途径来提高萌发的玉米种胚的抗冷性。（7）大田条件下,脯氨酸(15 mmol·L-1)浸种处理能够提高早播低温下玉米出苗率,缓解早播低温造成的群体数量降低。脯氨酸浸种处理能有效调控硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）、谷氨酸脱氢酶（GDH）、谷草转氨酶（GOT）、谷丙转氨酶（GPT）活性,从而促进氨同化,加速蛋白质和氨基酸的合成转化,加速植株生长发育,缓解早播低温引起的氮代谢的抑制作用。同时,脯氨酸浸种处理能缓解早播低温对玉米叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Ru BPCase）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）的活性的抑制,维持较高的叶绿素含量（SPAD值）,增加光合绿叶面积,延缓叶片衰老,为氮代谢提供了稳定的能量和碳骨架供应,缓解早播低温对玉米生长的抑制作用,提高玉米植株抗冷能力,促进干物质积累,增加了穗数和穗粒数,减少空粒,最终提高早播低温下玉米的产量。