C4作物光合作用没有午休现象,且叶片具有比C3作物叶片更大的叶脉密度,有利于光合产物的快速转运,降低了光合产物对光合作用的反馈抑制,是C4作物比C3作物具有更高的光合效率的原因。因此研究C4植物光合作用的调控机制,解析C3植物叶脉的发生、发育机制对于进一步理解高光效的分子机制、创制高光效种质材料具有重要的意义。本研究利用蛋白质组学的方法,研究C4植物玉米叶片光合速率日照单峰模式和C3植物水稻叶片叶脉的发生、发育过程中的蛋白质种类与表达的变化,试图揭示光合作用及叶脉发生、发育的分子机制。植物叶片在昼夜光周期调节下的光合速率有不同的模式。当光照强度达到最大值时,玉米叶片光合速率呈单峰型,没有光合午休现象。这一机制有助于玉米叶片的高效光合作用。为了了解这个过程的分子基础,进行了以iTRAQ标记为基础的蛋白质组学分析,以揭示与光合作用反应相关的蛋白质的动态表达模式。随光照强度变化,光合作用相关的途径并不仅仅属于单一的一种表达模式,玉米叶片蛋白表达呈现稳定、单峰、双峰等多种表达模式。捕光天线蛋白在玉米叶片中显示为稳定的表达模式。而光系统、碳同化和柠檬酸循环通路受到昼夜光照强度的高度调节。这些途径的限速酶是主要调节位点,如异柠檬酸脱氢酶。这表明玉米叶片调控光合作用光反应和碳同化而不是光捕获途径,以在蛋白质水平适应一天中光照强度的变化。叶脉在水分供给和光合产物的养分转运中扮演关键角色,是作物育种的重要农业性状。从叶片基部至叶片尖端,水稻小脉在叶片各部分以平行于其他脉的方向产生。为了揭示水稻小脉的发生和发育过程,进行了切片解剖学分析。小脉起始频率随叶片基部向叶片尖端呈下降趋势。对水稻叶片不同部位进行了基于iTRAQ标记的蛋白质组学分析。光合作用和碳同化相关蛋白在叶片中部含量较高。此外,与小脉起始频率模式相关的蛋白被假定为小脉起始特异的标记蛋白。蔗糖降解和合成途径相关蛋白分别为小脉的起始和成熟的标记。这表明,依据光合产物的转运,小脉的起始和成熟部分显示不同的源-库性质。蔗糖合成酶是小脉起始的标记物,与小脉起始相关的蛋白是改良水稻叶脉密度的候选目标。