水稻尤其是大穗型的水稻，存在着强弱势籽粒灌浆差异的现象，弱势籽粒灌浆差限制了水稻高产潜力的发挥，如何提高弱势籽粒的灌浆饱满度及其千粒重是当前水稻高产研究的热点问题。强弱势籽粒灌浆差异的形成是个复杂的分子生态学过程，涉及多个基因的表达调控。虽然前人已就此问题在分子水平上开展了大量的研究，但是关于强弱势籽粒之间的蛋白表达及蛋白磷酸化修饰的差异未见报道。本研究运用双向电泳技术及Pro-Q磷酸化原位检测技术，选用大穗型常规稻“金恢809”作为研究对象，动态比较分析了强弱势籽粒灌浆之间的分子生理差异。主要研究结果如下：1、通过形态学及干物质动态分析发现水稻“金恢809”存在显著的强弱势籽粒灌浆差异现象。强势籽粒在花后5-20天，干物质重增长迅速，而弱势籽粒花后存在着一个滞育期，直到花后15天才启动灌浆，其籽粒的大小和干物质重都比强势籽粒低。在滞育期内弱势籽粒可溶性糖含量较高，说明碳水化合物的供应不是限制弱势籽粒灌浆启动的主要原因。通过考察不同种植季节以及不同栽培调控措施下水稻强弱势籽粒干物质动态变化，发现强势籽粒灌浆稳定，而弱势籽粒灌浆易受环境所调控。合理的水肥调控仅能够一定程度促进弱势籽粒的灌浆，但无法促使弱势籽粒灌浆启动的提前。2、为了明确限制弱势籽粒灌浆启动的分子机制，构建了弱势籽粒滞育期及灌浆前期的蛋白表达及磷酸化蛋白表达图谱，在弱势籽粒灌浆启动过程中，共鉴定到86个蛋白点和38个磷酸化蛋白点出现显著的表达变化，其中即出现蛋白表达变化的又出现磷酸化修饰变化的蛋白点有6个。经过MALDI-TOF/TOF-MS及LC-MS/MS的分析，蛋白点全部成功得到鉴定。通过蛋白丰度及功能的分析发现，萌发素蛋白的上调表达及α-微管蛋白的磷酸化修饰能够打破弱势籽粒胚乳细胞发育的停滞，导致弱势籽粒胚乳膨大，形成库容，为下一步淀粉累积做准备，而蔗糖合酶、UDP葡糖焦酸酶、ADP葡萄糖焦磷酸化酶、颗粒结合型淀粉合成酶、丙酮酸磷酸二激酶的上调表达，以及丙酮酸磷酸二激酶,ADP葡萄糖焦磷酸化酶，磷酸甘油酸酯变位酶和14-3-3蛋白的磷酸化修饰导致了淀粉合成行为的启动。与此同时，弱势籽粒从滞育期到灌浆期，磷酸戊糖途径减弱，糖酵解途径增强，产生更多的能量及中间产物供弱势籽粒胚乳细胞的增殖及淀粉的合成。3、为了明确强弱势籽粒灌浆差异形成的分子机制，构建了强弱势籽粒灌浆启动后对应的不同灌浆时期的蛋白表达及磷酸化蛋白表达图谱，共鉴定到156个蛋白点和54个磷酸化蛋白点在强弱势籽粒之间出现表达变化，其中即出现蛋白表达变化的又出现磷酸化修饰变化的蛋白点数有16个。经过MALDI-TOF/TOF-MS及LC-MS/MS质谱分析，蛋白点全部成功得到鉴定。研究发现，灌浆的前期，弱势籽粒中可溶性糖含量高于强势籽粒，淀粉合成关键蛋白的低丰度表达，限制了淀粉的合成；灌浆的中期，弱势籽粒中蔗糖及淀粉相关蛋白的低丰度表达是导致其淀粉合成效率低的主要原因；而到了灌浆的后期，碳水化合物供应的不足又成为限制其淀粉合成的主要原因。磷酸化分析发现，葡糖磷酸变位酶，UDP葡糖焦酸酶，ADPG焦磷酸化酶，颗粒结合型淀粉合成酶、磷酸化酶及丙酮酸磷酸二激酶在强弱势籽粒之间存在着磷酸化修饰的差异，暗示着在磷酸化修饰层面调控强弱势籽粒淀粉合成关键酶活性差异的可能性，同时也发现这些淀粉合成关键酶会通过磷酸化修饰并在14-3-3的调控下，形成淀粉酶复合体。此外，在弱势籽粒灌浆过程中糖酵解、三羧酸循环及乙醇代谢途径相关蛋白的表达量底，导致其碳流通量低，产生供胚乳细胞分化及淀粉合成的能量及前体相对强势籽粒较少，限制了弱势籽粒库容的形成及淀粉的合成，而肌动蛋白，肿瘤翻译调控蛋白及微管蛋白又限制了弱势籽粒胚乳细胞的分化。4、依据比较蛋白组学结果，筛选了7个限制弱势籽粒灌浆启动及9个导致弱势籽粒灌浆不充分的关键蛋白，蛋白丰度分析发现这些蛋白在强弱势籽粒之间存在着时空表达差异，其中14-3-3蛋白被认为在强弱势籽粒灌浆差异形成的过程中具有重要调控作用。进一步通过亲和层析技术探讨了籽粒中14-3-3蛋白的互作网络，共鉴定到24个互作蛋白，发现淀粉合成过程的ADPG焦磷酸化酶、淀粉分支酶、支链淀粉酶，转化酶及丙酮酸磷酸二激酶与14-3-3蛋白存在着紧密的互作关系。 LC-MS/MS/MS分析发现籽粒中14-3-3蛋白存在着丝氨酸和苏氨酸的磷酸化位点，据此认为14-3-3在强弱势籽粒之间的蛋白及磷酸化修饰差异是导致强弱势籽粒淀粉合成差异及对环境产生不同响应机制的一个关键信号调控因子。综上所述，本研究发现水稻“金恢809”存在着显著的强弱势籽粒灌浆差异现象，进一步运用比较蛋白组学策略分析了强弱势籽粒灌浆过程中基因的时空表达变化差异，揭示了弱势籽粒灌浆启动及强弱势籽粒灌浆差异形成的蛋白作用及磷酸化信号调控机制，筛选出关键的信号调控因子14-3-3蛋白。最后，依据本研究的结果，提出了改善弱势籽粒灌浆的分子遗传改良及分子生态调控措施。