海洋硅藻是海洋中最主要的初级生产者之一。细胞程序化死亡（Programmed cell death,PCD）机制对硅藻的生命活动和生态地位都具有重要的意义。研究表明多种环境因子都可能诱导硅藻PCD的发生,如营养盐限制、病毒感染等,然而目前对PCD发生的机制和相关基因、蛋白的表达情况、代谢调控等方面的研究仍然很少。为更深入的了解营养盐限制诱发硅藻PCD的机制和相关蛋白表达模式,本实验选取海洋中心纲硅藻中,已经获得全基因组序列的一种模式硅藻,假微型海链藻作为研究对象,通过生理测定、生化染色以及基于iTRAQ的蛋白组学分析的方法,对该模式生物在氮/磷胁迫下的氧化应激反应、胁迫适应、PCD诱导及代谢调控机制进行系统化的研究。我们的研究结果表明,与氮充足组（989.82μM NO3-）细胞相比氮限制（55.96μM NO3-）条件下,假微型海链藻细胞生长明显受抑制,光合效率（Fv/Fm）下降明显。氮限制第4d时,细胞内出现典型的PCD特征,并进行剧烈的生化反应,活性氧（ROS）水平急剧上升,细胞中与PCD过程有密切关系的caspase酶蛋白的活性水平明显升高,发生磷脂酰丝氨酸外翻的细胞的比率也随着培养时间的变化而出现了显著的增加,细胞内油脂大量堆积。根据生化实验结果及蛋白组学分析,我们推断,氮限制诱发了假微型海链藻急性氧化胁迫反应,叶绿体光合电子传递链受阻,线粒体呼吸链复合物I和IV损伤,造成过量的ROS堆积。细胞内ROS水平升高进一步诱导蛋白磷酸酶上调,钙离子信号通路依赖的细胞程序化死亡启动。参与氮代谢和中心碳代谢的一些重要蛋白的表达也发生变化,以满足细胞内稳态的重新调整:氮同化和蛋白生物合成和降解过程受抑制,细胞内的含氮化合物的重组和能量消耗降低;三羧酸循环关键酶上调;脂肪酸合成通路增强,脂类堆积增多。这些代谢过程的协调作用,维持了细胞内稳定的C/N比,有利于细胞在氮限制环境下的生存。磷限制下假微型海链藻细胞的响应机制与氮限制不同。与磷完全组（40.8μM P043-）细胞相比,磷限制下（0.59μM PO43-）的细胞虽然生长受到抑制,但光合效率（Fv/Fm）的下降并不明显,而且显微观察和生化指标检测都表明,磷限制并不诱导细胞出现过量的ROS堆积和典型的PCD特征。蛋白组学数据显示,叶绿体电子传递链和线粒体呼吸链与ROS有关的蛋白都没有发生显著变化,这解释了磷限制下假微型海链藻细胞内较低ROS的水平。同时碱性磷酸酶和类似蛋白表达的上调,提示有机磷的转运和利用率升高。细胞内与ATP的运输和利用有关的蛋白表达量也相应提高,细胞整体代谢增强。我们的数据说明,假微型海链藻采用另一种胁迫适应机制对抗磷限制,而非氮限制下由ROS介导的PCD诱导机制。根据以上研究结果,我们认为在长期进化过程中,硅藻细胞内形成了一套有效的生死选择的启动机制及多种独特的胁迫适应方式,以应付多变的生活环境,保证种群在复杂的海洋环境中的高生物量和生存优势。