菊芋(Helianthus tuberosus)是一种主要靠块茎繁殖而又耐盐碱的经济作物,在盐碱地上种植具有很好的应用前景。块茎较种子能够适应更强的盐碱胁迫而萌芽成苗,因此研究菊芋块茎对盐碱胁迫应答机制具有重要意义。本研究在分析农田、轻度盐碱草地和重度盐碱草地的土壤化学性质基础上,对种植在三种不同盐碱程度土壤中、处于萌芽阶段的菊芋块茎进行了生理特性比较分析,并利用定量蛋白质组学分析手段系统地检测、比较了菊芋块茎萌芽阶段响应盐碱胁迫的蛋白质表达变化。生理分析结果显示,在轻度和重度盐碱草地土壤中生长的菊芋块茎受到了不同程度的盐碱胁迫,相较于农田土壤中的块茎有失水现象并受到氧化损伤。在响应盐碱胁迫过程中,菊芋块茎能够通过超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)来清除过量活性氧物质,并通过积累脯氨酸、蔗糖和菊糖等可溶性物质来进行渗透调节,缓解土壤中盐碱成分对块茎造成的损伤。结合双向凝胶电泳及MALDI-TOF/TOF质谱鉴定技术,以生长在农田土壤中的菊芋块茎为参照,在轻度盐碱草地和重度盐碱草地土壤中生长的菊芋块茎中分别发现了42个和38个差异表达蛋白质,这些蛋白质主要参与碳水化合物代谢、能量代谢、多糖代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、转运与分解代谢、遗传信息加工、次生代谢产物合成和环境信号响应及信号转导等途径。整合生理学和蛋白质组学分析结果,我们初步发现菊芋块茎能够通过增强抗氧化防御和渗透调节作用及促进碳水化合物代谢和能量代谢来应对在萌芽过程中所受到的盐碱胁迫,为我们深入认识盐碱土壤生长条件对菊芋块茎萌芽时产生的生理生化影响和菊芋块茎在响应盐碱胁迫过程中的特征代谢途径提供了重要信息。