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盐碱胁迫是限制植物生长和产量主要的非生物胁迫之一。NaHC03是主要的碱胁迫之一,能同时给植物造成离子胁迫和pH胁迫。星星草(Puccinellia tenuiflora)作为一种具有较强耐盐碱能力的禾本科盐生牧草,广泛分布于我国东北地区松嫩平原的盐碱土地上,研究星星草NaHC03胁迫应答机制对于改良盐碱地具有重要意义。本研究分析了 NaHCO3胁迫下星星草形态学、生理学与定量蛋白质组学的变化。我们发现胁迫造成植株生长受到抑制,如相对含水量、株高、干重和鲜重均减少。我们在星星草叶片中鉴定到90种NaHC03胁迫应答蛋白质,这些蛋白质主要参与光合作用、糖与能量代谢、胁迫与防御,转录,以及蛋白质周转。这些蛋白质丰度的变化与相应的生理学变化的结果表明:(1)星星草叶片中参与卡尔文循环的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶大亚基(RuBisCO LSU)、RuBisCO大亚基结合蛋白(RBP)和磷酸核酮糖激酶(phosphoribulokinase,PRK)等蛋白质的丰度减少,导致光合作用下降。(2)Na+的大量积累产生离子毒害作用,并且破坏了渗透平衡。丙二醛和电解质外渗率的提高也证实星星草的膜结构受到损伤,而脯氨酸、可溶性糖和甜菜碱的大量积累有利于保护膜结构的完整性。同时,K+的吸收对离子、渗透和pH平衡起到重要的调节作用。(3)叶片中活性氧清除系统的变化提高了星星草氧化胁迫的防御能力。其中,抗氧化酶系统中的多种酶呈现出不同的调控模式来调节细胞氧化还原状态和应答氧化胁迫。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽过氧化氢酶(GPX)途径受到促进;150 mM NaHCO3处理下,抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性都增加;400 mM NaHC03处理下,APX、MDHAR和GR的活性增加;而800 mM NaHC03处理下,只有GR的活性增加。此外,谷胱甘肽硫转移酶(GST)和乙醇酸氧化酶(GLO)途径也受到促进,从而缓解NaHCO3引起的氧化胁迫,维持还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化性谷胱甘肽(GSSG)含量的平衡。(4)蛋白质合成、加工与周转受到NaHC03影响,且对胁迫应答起到重要的作用。这些研究结果为我们深入认识星星草盐碱胁迫应答与代谢网络调控机制提供了重要信息。