燕麦为重要的粮、饲兼用型作物。同时,燕麦耐盐碱,也是改良盐碱化土壤的重要作物。土壤盐碱化严重影响着世界各国的粮食生产及生态安全,而土壤碱化较土壤盐化危害更重。本文借助蛋白组学技术、非损伤微测技术等,研究燕麦不同生育时期、不同组织器官响应碱胁迫的生理及分子机制。主要研究结果如下:1.低浓度碱胁迫即可对燕麦产生很强的胁迫作用。“CO32--HCO3-”产生的缓冲液式的高pH,是碱胁迫的主要胁迫因素。这种胁迫引起多个跨膜质子转运载体显著下调表达,其它H+协同转运载体也发生显著差异表达,以此来维持细胞内、外pH及质子平衡。碱胁迫导致根部依赖H+的NO3-跨膜转运载体上调(平均最大上调2.9倍),并引起氮同化酶类显著上调表达;进一步通过非损伤微测技术研究发现,燕麦耐碱特性与其氮素吸收效率直接相关。碱胁迫下,燕麦组织累积大量Na,特别是根部;加之高pH胁迫,导致根部受胁迫最严重。碱胁迫抑制K+吸收,也使P、Fe等元素的吸收转运载体显著上调表达。2.碱胁迫严重抑制光合色素的合成,导致光合色素总量下降。敏感品种中叶绿素酸酯a加氧酶显著上调表达(最大上调8.3倍,处理后品种间差异9.39倍),使叶绿素a向叶绿素b转化;其次,碱胁迫抑制光合色素结合蛋白及其它组分蛋白的表达,特别是敏感品种中尤为明显。碱胁迫影响燕麦碳固定,抑制核酮糖1,5,-二磷酸羧化酶等关键酶的表达,净光合速率显著下调;抗性品种根部的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶却显著上调表达,这将有助于抗性品种光合产物的合成。3.碱胁迫下,核糖体亚基蛋白、翻译延伸因子等受到抑制而显著下调表达,特别是在敏感品种中下调明显。叶组织中的核糖体小亚基RP-S27e和穗组织中核糖体大亚基L6、L7e对碱胁迫敏感。碱胁迫刺激燕麦细胞内及非原生质体部分产生大量LEA、PRs、LTPs等逆境响应蛋白,尤其是在敏感品种中大量逆境响应蛋白、糖代谢酶类显著上调表达,一些次生代谢、氨基酸代谢及参与蛋白修饰的酶类活动增强。燕麦穗中多种蛋白在正常以及碱胁迫条件下,与其它组织差异较大。在抗性品种的穗中有大量表达调控、蛋白质修饰类蛋白均显著上调表达;另外,缬氨酸-亮氨酸-异亮氨酸和赖氨酸降解途径的反应增强。总之,缓冲液式的高pH及高浓度的Na’胁迫,抑制燕麦根部生长发育、破坏根部根毛结构、扰乱根细胞H+平衡、使燕麦对N、K、P、Fe等元素的吸收困难;同时,抑制光合系统、影响蛋白合成加工,并诱导产生抗逆蛋白。氮素吸收同化、碳固定、光反应、蛋白合成等关键酶或组分可作为耐碱燕麦筛选的标志蛋白。