本研究探讨干旱胁迫剑叶叶绿体类囊体膜蛋白复合物动态变化的过程,以及碳同化阶段关键酶的含量与活力的变化规律,试图从能量代谢、细胞功能和基因表达等水平上明确干旱胁迫下类囊体膜蛋白复合物的动态组装过程与PSⅠ和PSⅡ两个光系统之间光能分配的关系以及干旱胁迫下剑叶叶绿体光能转化和碳同化动态衔接和协调运转的规律,这将对研究杂交水稻光能资源高效利用的分子机理,为杂交水稻高产、特别是在逆境下的生长调控提供理论基础,同时为作物抗旱性研究和实现农业可持续发展提供参考依据。结果表明:(1)研究了干旱胁迫下高产杂交水稻LYPJ生育后期剑叶的光合性能的变化。叶绿素a荧光瞬变动态分析显示了实时连续的干旱响应曲线,发现PSⅠ和PSⅡ存在密切相互作用的逆境防御策略。干旱胁迫下放氧复合体伤害最为明显,光系统间的电子传递环节也被强烈抑制。PSⅡ主要通过增强热耗散和减少活性反应中心来防止光抑制的产生。LHCⅡ与PSⅡ反应中心的动态联系可能扮演了重要的调节角色。PSⅡ主动下调受体侧的电子传递以保护PSⅠ。PSⅠ则可能通过激活环式电子传递路径防御碳同化限制所可能引起的光抑制,同时也对PSⅡ的光保护起到了重要的支持作用。这种维持光合系统能量平衡的相互作用策略在干旱胁迫响应过程中效果显著,使得PSⅡ的光化学效率始终保持在较稳定的水平。类囊体膜蛋白复合物的动态变化可能是PSⅠ和PS Ⅱ相互作用的基础。(2)在干旱胁迫下为保护光合机构不受到过剩光能的伤害,两优培九将吸收的光能更多的用于LHCⅡ热耗散,并通过降低PS Ⅱ反应中心的数量来缓解过剩光能对光合机构的损伤。研究表明,OEC复合物对干旱胁迫的末期较为敏感,是PSⅡ电子传递受到抑制的第一个节点。此外,干旱胁迫下两优培九ATP合酶亚基翻译水平上调是水稻应对干旱胁迫的代谢对策。PSⅡ核心蛋白D1、D2、CP43发生蛋白磷酸化出现在special band中,对于干旱条件下两优培九剑叶PS Ⅱ二聚体结构的维持和稳定起着重要的作用。LHCⅡ从PS Ⅱ中解离并发生蛋白磷酸化并与PSⅠ结合形成PSⅠ-LHCⅡ复合物,随之两优培九类囊体膜状态从“state 1”转换到“state 2”,导致光能向PS1传递,该超级复合物在两个光系统光能分配中可能起着重要作用。(3)杂交水稻两优培九在干旱条件下Rubisco酶活力下降,通过C4途径光合酶PEPC和NADP-ME的活力的上升来部分补偿因Rubisco活性下降和提前降解对光合造成的不利影响。杂交水稻两优培九在干旱条件下SOD酶呈现出下降趋势,而POD酶和CAT酶在逆境条件下被诱导增高。此外,杂交水稻两优培九在干旱条件下多酚类化合物显著升高,我们推测功能有两个,其一是作为细胞内的疏水稳定剂,其二是作为光合机构的光保护剂,防止叶肉细胞质外体的失水。杂交水稻两优培九在干旱条件下积累H2O2和O2-··仅在光合作用中的途径是多方面的。杂交水稻两优培九在干旱条件下不饱和脂肪酸的比例降低。(4)利用二维电泳技术,对干旱胁迫下的水稻叶片的蛋白质组表达谱进行研究。通过串联质谱技术(MS/MS)对银染凝胶分析发现,在扬花期,114种蛋白质中有多达43种发生了显著的改变;在乳熟期,115种蛋白质中有多达54种发生了显著的改变。扬花期细胞壁结构的损伤、亚细胞功能的破坏(特别是在叶绿体中进行的CO2同化以及ATP的合成)、花发育的异常等都可能是由蛋白质的差异表达引起的。在短期干旱时,两优培九碳同化步骤受到抑制的程度比光反应更为显著,一方面形成大量的还原力,一方面碳同化步骤并不能消耗这些还原力,由此导致的光碳失衡现象刺激ROS的形成,进一步加速植物的衰老。此外,干旱胁迫下的叶中防御相关蛋白含量的高水平表明存在活跃的活性氧自由基清除系统。在乳熟期,光合作用磷酸化以及氧化磷酸化作用受限,因此可能会造成ATP的供应不足。抑制翻译、中断氧化防御和蛋白质水解系统都会造成细胞的过早衰老。激素衍生物、茉莉素以及乙二醛酶的存在可能会提高作物的抗干旱能力。