温度在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用,低温胁迫降低植物的产量和品质。低温胁迫会引起植物气孔导度和光合作用下降,能量产生和物质合成受阻,消耗增强,严重影响植物的正常生长发育。星星草(Puccinellia tenuiflora)是一种单子叶禾本科多年生植物,主要分布于我国东北的松嫩平原,具有较强的耐寒性。星星草柔软且适口性好,蛋白质含量高,是一种优良牧草。因此,本文以星星草叶片为研究材料,运用生理学与蛋白质组学方法研究冷胁迫下(10℃℃处理10 d和20 d)星星草幼苗的应答机制,为增加星星草的产量提供理论基础。生理结果研究表明,冷胁迫条件下,星星草幼苗的相对含水量下降,叶绿素含量与光合速率等下降,抑制了星星草幼苗的光合作用,星星草幼苗的生长受到影响。丙二醛和电解质外渗率的提高表明星星草膜结构稳定性受到破坏,而脯氨酸、可溶性糖和甜菜碱在体内大量积累,维持渗透平衡,保护膜结构的完整性。超氧阴离子生成速率与过氧化氢含量增加,表明有活性氧(ROS)积累,且随冷处理时间的延长,有更多ROS产生,引起氧化胁迫加剧。抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶的活性增加,及抗坏血酸(AsA)等抗氧化剂含量增加,增强星星草的氧化防御能力。蛋白质组学结果表明,我们获得了 107个可重复的差异蛋白质斑点,经质谱鉴定获得了 104个鉴定结果。其中,冷胁迫10 d和20 d共有12个鉴定结果,冷胁迫10 d获得40个鉴定结果,冷胁迫20 d获得了 52个鉴定结果。这些蛋白质主要参与光反应、卡尔文循环、碳和能量代谢、胁迫与防御、蛋白质合成、蛋白质加工与转运、蛋白质降解、代谢、膜与转运等过程。我们发现,参与光反应、碳和能量代谢、蛋白质合成的蛋白质表达水平都下降,而参与蛋白质降解的蛋白质表达水平都增加。结合生理学与蛋白质组学结果,我们推测星星草幼苗通过以下机制应答冷胁迫:(1)叶绿素含量下降,粪卟啉原氧化酶(CPOX)、叶绿素a/b结合蛋白(CAB)和放氧增强子蛋白(OEE)表达水平降低,可减少星星草叶片对光能的吸收,减少过剩光能和分子氧在体内积累;(2)APX、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物(GPX)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)等抗氧化酶活性增加,AsA和谷胱甘肽(GSH)等抗氧化剂含量急剧增加,减轻冷胁迫引起的氧化损伤;(3)参与硫胺素代谢的硫胺素生物合成酶等代谢相关酶的表达水平增加,也可以参与星星草应答冷胁迫引起的氧化胁迫;(4)星星草通过快速积累大量的脯氨酸、可溶性糖和甘氨酸甜菜碱等渗透保护物质,不仅用于缓解渗透胁迫,还可以用于清除ROS,维持蛋白质结构的稳定性。这些结果为禾本科植物提高抗冷性提供重要基础。