水稻冷害是危害水稻产量和品质的主要原因之一,水稻冷害的主要症状包括生长受到抑制,水稻叶片和根部发生褐化等。主要原因可能是植物细胞在遭受低温后,细胞膜相位发生变化,造成膜损伤,细胞呼吸减弱,细胞膜组分发生变化,代谢紊乱有害物质积累等。本研究发现菊薯粗糖可以促进水稻幼苗根的生长,增强水稻根抗低温能力,降低水稻根褐化率。先前研究表明菊薯粗糖含有多种低聚果糖组分,其中蔗果四糖用于进一步研究,结果发现与未处理对照相比,蔗果四糖不仅可以极显著降低水稻幼苗根受低温损伤而致的褐化率,而且能够提高在低温处理后恢复生长条件下水稻幼苗根系活力。为了阐明蔗果四糖调控水稻根响应低温的机制,我们利用蛋白质组学技术比较研究蔗果四糖与未处理对照的水稻根在低温4℃下处理24h、48h及4℃低温处理48h后再在25℃条件下生长5d的蛋白质组差异变化,研究结果表明低温处理24h下蔗果四糖处理与对照的水稻根有154个共同显著上调和145个下调差异蛋白,GO分类和KEGG途径分析显示上调蛋白被富集指定到1个细胞组分、3个分子功能和5个生物过程,参与5个代谢途径。而下调蛋白被富集指定到9个细胞组分、8个分子功能和8个生物过程,参与4个代谢途径。低温处理48h下蔗果四糖处理与对照的水稻根有116个154个共同显著上调和303个下调差异蛋白,GO分类和KEGG途径分析显示上调蛋白被富集指定到6个细胞组分、10个分子功能和8个生物过程,参与1个代谢途径。而下调蛋白被富集指定到11个细胞组分、26个分子功能和19个生物过程,参与14个代谢途径。低温48h后再恢复5d处理下蔗果四糖处理与对照的水稻根有90个共同显著上调和73个下调差异蛋白,GO分类和KEGG途径分析显示上调蛋白被富集指定到3个细胞组分、7个分子功能和4个生物过程。而下调蛋白被富集指定到3个细胞组分、6个分子功能和6个生物过程,参与5个代谢途径。进一步分析发现水稻响应低温过程中多个与细胞膜保护和修复相关的代谢路径及脱落酸信号激活路径和糖物质生成路径显著上调,而果聚糖合成路径显著下调。比较研究了清水与蔗果糖浸种处理水稻在冷处理恢复后蛋白质组的变化,发现蔗果四糖浸种处理水稻根有更多的蛋白质富集到蛋白质合成相关代谢路径。比较分析了在低温响应过程中清水与糖处理的共同差异表达蛋白变化,结果发现糖处理水稻根中丙酮酸代谢路径显著上调,这可能与蔗果四糖调节水稻冷响应过程密切相关。通过对蛋白质组学数据分析中的单个蛋白表达差异进行分析,发现多个蛋白可能在蔗果四糖参与调节水稻冷响应过程中起到重要作用。在24小时低温响应中对上调蛋白逐一分析差异表达情况,结果发现糖处理水稻根中丙酮酸脱氢酶E1复合体Q2QM55蛋白有更高表达,结合根系活力与脱氢酶之间关系可以说明蔗果四糖在冷处理时更好的保护水稻根系,而在下调蛋白中发现半胱氨酸型内肽酶活性相关蛋白Q94DH7在糖浸种水稻中下调更多,而半胱氨酸型内肽酶与植物细胞衰老密切相关,活性越高,细胞衰老越严重,同时与蛋白谷胱甘肽化相关蛋白Q10N44在清水浸种水稻中下调更多,而蛋白谷胱甘肽化可以产生抗冷蛋白。在48小时低温响应中对上调蛋白分析差异表达情况,发现脱落酸响应过程中的Q6ESR4蛋白和茉莉酸合成相关Q69TH6蛋白在糖浸种水稻中上调更多。在冷响应恢复后的上调蛋白分析差异表达情况,发现与脱落酸信号相关的Q75T45和Q2QNS7蛋白在清水浸种水稻中上调更多,这与低温响应时脱落酸信号相关蛋白表达情况相反,此外,在下调蛋白中氧化胁迫响应相关蛋白Q5Z8H7和Q6ZCC2在糖浸种水稻中下调更多,而氧化胁迫可以加快植物细胞的衰老和死亡。