牛皮杜鹃(Rhododendron chrysanthum Pall.)为杜鹃花科(Ericaceae)植物,具有重要的观赏价值和药用价值。牛皮杜鹃主要生长在长白山海拔1,300 m~2,506 m的高山苔原带。在长期的适应性进化过程中,牛皮杜鹃已经形成了相应的抗寒机制,因此可以作为研究植物抗寒机制的绝佳植物材料。低温作为一种主要的非生物逆境胁迫,严重影响着植物的分布及产量,因此,深入探究植物抗寒机制对于提高作物抗寒性及抗冻品种的选育至关重要。本研究分别以野生(耐寒型)和驯化(冷敏感型)牛皮杜鹃作为实验组和对照组材料,将其置于4℃条件下低温胁迫处理12 h,随后进行蛋白质组学分析,并对其核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基(RbcL)含量、叶绿素荧光参数及抗氧化酶活性等多种生理生化指标进行测定。通过对两种材料进行蛋白质组学分析,共定量到705个蛋白,其中有137个在实验组中表达上调。对所有上调蛋白进行亚细胞结构定位预测,发现其中42%定位在叶绿体,说明在植物叶绿体内的代谢过程对低温胁迫较为敏感,且在植物响应低温胁迫的过程中起着重要作用。对两种材料的RbcL表达情况、光合作用相关蛋白的蛋白质互作及叶绿素荧光参数进行分析,结果显示,低温胁迫下与对照组相比实验组材料具有更强的光合作用能力和更高的光化学活性,其可以通过快速调节光能配比并启动相应的保护机制来缓解低温胁迫所造成的损伤,体现出了对低温胁迫的潜在抗性和对低温环境极强的适应性。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)四种抗氧化酶活力测定结果及相关蛋白质互作分析显示,实验组中四种抗氧化酶的酶活力值均显著高于对照,且APX和GPX的表达量在实验组中也有所升高,同时,还发现蛋白质互作网络中的大部分蛋白质主要定位在叶绿体,表明植物光合作用过程与抗氧化系统之间存在着复杂的联系,且抗氧化系统在植物抗寒性及响应低温胁迫过程中发挥着至关重要的作用。本研究首次将蛋白质组学技术应用于对牛皮杜鹃抗寒分子机理的研究,探究低温胁迫下牛皮杜鹃蛋白质组的动态变化。同时,将蛋白质组学研究方法同生物信息学及生理生化分析相结合,从分子及组学水平上,揭示光能利用及抗氧化系统在植物抗寒性中的作用,深入探究牛皮杜鹃抗寒分子机制,为进一步阐明植物耐寒分子机理奠定基础。