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CO2是植物光合作用的主要原料,也是温室中影响植物生长的主要因素之一。将捕集的CO2作为气肥应用于设施生产中,依靠光合速率的提高,吸收转化更多的CO2形成有机物,是实现作物高产、优质的重要技术措施之一。番茄（Solanum Lycopersicon）属茄科番茄属,我国南北方均广泛栽培,是北方设施栽培面积最大的蔬菜作物。目前番茄基因组测序完成和基因注释信息的不断丰富为番茄和茄科其它蔬菜光合作用、糖类物质代谢研究提供了有利条件。CO2加富环境下蔬菜生长、生理特性及相关基因功能研究陆续有少量报道,但分子机制方面的研究仍然不够深入,因此,深入研究番茄响应CO2加富机制对茄科蔬菜生产及育种均具有重要意义。本研究以4个大果型番茄‘金盾’、‘中研868’、‘红钻石’、‘美国红之星’为试材,比较CO2加富处理(800±50μmol·mol-1)与自然环境下番茄生长的形态变化过程和光合特征;分析敏感品种的产量、品质与转录组差异表达情况,并通过基因功能注释与代谢通路分析筛选番茄响应CO2加富的关键基因,应用基因过表达和敲除技术验证其功能,为今后的研究奠定一定的基础。主要研究结果如下:1.CO2加富对4个大果型番茄品种的株高、茎粗、固定节位节间长、叶长与叶宽均有不同程度的促进,以‘美国红之星’与‘红钻石’2个品种增加较多;对根冠比的影响不大;叶片组织结构在富碳环境下栅栏组织与海绵组织厚度增加、栅海比值增加且叶片整体厚度增加;果实方面,富碳环境会促进番茄果实前期生长速率。2.4个番茄品种的光合CO2响应曲线显示,在400-2200μmol·mol-1范围内各CO2浓度梯度下,净光合速率由高到低均依次为:‘美国红之星’>‘红钻石’>‘中研868’>‘金盾’;核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Ru Bis CO）最大催化速率、1,5-二磷酸核酮糖（Ru Bp）的最大再生速率、磷酸丙糖的运输速率均为‘美国红之星’最大。净光合速率响应光强的增长动态表现为;‘美国红之星’>‘中研868’>‘金盾’>‘红钻石’。富碳处理下‘红钻石’与‘美国红之星’的净光合速率较对照组分别提高了74.16%和78.52%,差异达到了显著水平。‘美国红之星’在富碳处理下功能叶Ru Bis CO活性较对照提高12.84%,转酮醇酶（TK）活性较对照提高21.16%,且差异均达到了显著水平;果糖-1,6-二磷酸酶（FBPase）活性较对照提高9.35%,景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBPase）活性较对照提高1.59%,但差异不显著。以上结果表明,CO2加富环境有利于提高光合速率与光合关键酶活性,以‘美国红之星’品种反应最为敏感。3.CO2加富对4个大果型番茄品种的产量均有不同程度的提高,品种‘美国红之星’产量较对照提高了16.93%,且差异达到显著水平;‘美国红之星’番茄果实的可溶性糖含量增加,可滴定酸含量降低,糖酸比、可溶性固形物和番茄红素含量分别较对照提高了47.13%、35.25%和72.24%,且差异均达到了显著水平。4.通过高通量测序手段比较了不同CO2浓度下的转录组,总共获得了28.70 Gb的高质量数据。通过比较不同CO2浓度下基因的表达,发现了208个显著差异表达基因（DEGs）,其中179个和29个分别被上调和下调。差异表达基因涉及多种生物过程、细胞组分和分子功能,但主要富集于光系统I、光系统II、光合作用磷酸根离子结合等生理过程:9个DEGs涉及光系统I的电子传输系统,6个DEGs涉及光系统II的电子传输系统,3个DEGs参与细胞色素b6f的电子传输,3个DEGs具备NADPH脱氢酶活性。另外还发现了参与糖合成的DEGs以及植物激素信号转导的DEGs。预测这些基因与番茄响应CO2加富的生长与生理变化有直接关系。5.本试验通过基因转录组测序结果分析,获得两个响应CO2加富的关键基因,分别与糖代谢有关的Solyc07g043480基因（在番茄数据库查出Solyc07g043480是UDP-葡萄糖基转移酶,基因名称为GLYCOALKALOID METABOLISM 17（GAME17））和光合作用有关的Solyc01g007720基因。（1）克隆GAME17基因和Soly720基因,构建了过表达载体,并进行番茄遗传转化,经潮霉素抗性筛选和PCR检测,获得12株OE GAME17阳性植株,13株OE Soly720阳性植株;构建基因敲除载体,并进行番茄遗传转化,经潮霉素抗性筛选和PCR检测,获得10株Cas9-GAME17阳性植株,10株Cas9-Soly720阳性植株。（2）分析GAME17和Soly720基因在番茄叶片中的表达量,结果表明在番茄嫩叶和功能叶中,OE GAME17和OE Soly720转基因番茄中基因的表达量均高于各自的野生型。（3）选取与光合作用相关的Soly720基因,测量野生型和OE Soly720的净光合速率,其净光合速率结果为:OE Soly720>野生型。（4）在CO2加富环境下,Ru Bis CO活性、FBAase活性、TK活性和SBPase活性的测定结果均为OE Soly720高于野生型。