水稻既是世界重要的粮食作物之一,又是基因组学研究的模式材料,在生产实践和科学研究中都占有极其重要的地位。杂交水稻具有适应性广、多抗、高产、优质等特点,但部分杂交稻组合存在早衰现象,水稻早衰不仅影响后期干物质的生产和积累,也会影响前期积累的干物质转化为产量的实现,影响籽粒灌浆和干物质的运输与分配,最终阻碍产量潜力的发挥。杂交水稻早衰是一个相对复杂的生理生化过程,除受遗传因素影响外,环境条件也是水稻发生早衰的重要诱导因子。本研究采用双向电泳分离技术、蛋白质质谱分析技术以及生物信息学等手段,对养分胁迫下易早衰杂交早稻威优916灌浆期根、叶、叶鞘及籽粒蛋白质组的差异表达进行分析,探讨杂交水稻早衰机理及在不同组织器官中的代谢特征,是学科前沿与实际应用的有机结合,在科研和生产实践中都具有重要的意义。首先,不同处理下易早衰杂交早稻威优916根、叶、叶鞘及籽粒的四个时期可溶性蛋白经双向电泳分离,构建了相应器官的蛋白质组表达图谱,并对发生了差异表达的121个目的蛋白质点进行了MALDI-TOF-MS/MS分析和数据库检索鉴定,共有89个蛋白质功能得到鉴定,成功率为73.55%。这些被鉴定的蛋白质根据其功能可以分为6个不同类别,其中绝大数为光合作用、抗性及逆境信号传递、特定器官生长发育相关蛋白质。生育后期持续的养分胁迫,诱导了威优916剑叶中的部分蛋白质发生了差异表达,其中绝大部分为光合作用、信号传导及胁迫抗性相关蛋白质。与光合作用相关蛋白质如转酮醇酶、核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基、核酮糖磷酸盐羧化酶主链蛋白前体等在整个养分胁迫期间表达量均是大幅下降,表明叶片的光合能力显著下降,光合产物减少。信号传导及胁迫抗性相关蛋白质包括丝氨酸蛋白激酶、半胱氨酸合成酶及S-腺苷甲硫氨酸合成酶等,养分胁迫诱导了叶片中大量该类蛋白质的积累,表明叶片能够感知并传递外界胁迫信号,使其能够迅速启动逆境防御系统,最大限度的减少逆境伤害,而类胚素蛋白的高表达和过氧化氢酶类的低表达,会导致叶片中大量H202积累,从而破坏叶片的正常生理活动。叶鞘中受养分胁迫影响的蛋白质大部分为信号传导及胁迫抗性相关蛋白质,其次为光合作用相关蛋白质。信号传导及胁迫抗性相关蛋白质包括铁蛋白、分泌型过氧化物酶及谷胱甘肽硫转移酶等,养分胁迫导致叶鞘中这些保护酶类在处理两周后的表达量逐渐下调,而充分的养分供应则使叶鞘中保护酶表达量持续上调,意味着养分胁迫导致叶鞘的抗逆性减弱,而逆境响应蛋白质V型ATP酶和乙醇脱氢酶表达量上调表达,叶鞘感知胁迫加剧并传递信号。养分胁迫导致叶鞘中叶绿素合成受阻,直接参与光合作用蛋白质表达量下调,叶鞘光合能力下降。因养分胁迫而发生差异表达的根系蛋白质中,绝大部分为根系生长发育和逆境胁迫响应相关蛋白质。养分胁迫前中期诱导了威优916根系中包括阿拉伯呋喃糖苷酶、RGP蛋白、几丁质酶等根系生长类蛋白质的上调表达,从而促进了根系的快速分化和生长,是植物根系养分缺乏环境下的一种自我调节机制,通过增大根系吸收面积来提高吸收效率。逆境胁迫响应相关蛋白质包括甘油-3-磷酸脱氢酶、过氧化物酶植物凝集素等,这些蛋白质均为胁迫应激反应类蛋白质,这些蛋白质在根系中的上调表达,表明根系感知胁迫反应剧烈。养分胁迫对水稻的影响最终都会通过籽粒这个特定的器官表现出来,养分胁迫导致籽粒的结实率和千粒重显著下降。通过对籽粒的蛋白质组表达变化分析发现,养分胁迫诱导了威优916籽粒中的部分蛋白质发生了差异表达,其中绝大多数为籽粒充实发育相关蛋白质,如谷蛋白、WD40结构域蛋白、胚蛋白等,这类蛋白质在快速灌浆的前中期表达量下调,导致籽粒灌浆和胚发育不良。而籽粒中热激蛋白质Hsp70、半胱氨酸合成酶、分支酸变位酶等逆境抗性及信号传递蛋白质的差异表达,表明籽粒作为最终的“库”器官同样能够感知胁迫信号,但保护类蛋白质的下调表达也意味着植株的抗性减弱。本研究利用蛋白质组学方法来揭示养分胁迫对易早衰水稻不同器官组织的衰老进程影响,鉴定了一些发生了差异表达的蛋白质,通过对其功能及表达量变化的分析,为更好的理解水稻早衰生理代谢机理提供依据。