水稻是我国主要粮食作物之一,在人口不断增长与农业耕种面积逐渐减少的双重压力下,提高单位土地面积的水稻产量迫在眉睫。对于作物而言,产量的形成依赖于光合同化物提供的物质基础,提高叶片光合速率是促进作物产量增加的重要途径。光合作用所需的CO2主要来源于大气,大气CO2扩散到叶绿体内的过程中需要克服层层阻力,其中叶肉阻力约占扩散总阻力一半。定位于细胞膜和叶绿体膜上的质膜内在蛋白（PIPs）介导的CO2跨膜运输可能是调节叶片内CO2传输效率（称叶肉导度）及其快速响应环境变化的重要因子。然而,水稻OsPIPs蛋白存在众多同源蛋白,不同蛋白对叶肉导度及叶肉导度响应环境变化的调节作用目前还尚不清楚。本研究以水稻品种日本晴为材料,采用CRISPR-Cas9技术构建了OsPIP单基因敲除突变体,并利用构建的突变体和野生型材料开展了两部分研究:（1）在步入式植物生长箱中,研究了水通道蛋白单基因敲除对水稻营养生长阶段和生殖生长阶段的光合生理及植株生长特性的影响,并开展大田实验,明确水通道蛋白单基因对水稻产量的贡献;（2）通过比较海南和武汉两个生态区及武汉室外自然环境与生长箱内人工控制环境中水通道蛋白基因敲除突变体和野生型材料间的光合特性和生长表现的差异,探究环境条件对OsPIP基因调节水稻光合作用的影响。主要研究结果如下:（1）田间试验表明,OsPIP基因敲除对植株农艺性状的影响随生长阶段的不同而不同。在移栽20天后,所有突变体株系中,只有Ospip1;1的分蘖数显著低于野生型。然而随着生育期的延长,在移栽35天后,Ospip1;1与野生型间的分蘖数无显著差异,而Ospip2;2、Ospip2;3、Ospip2;4、Ospip2;6和Ospip2;8的分蘖数显著低于野生型。与此类似,在移栽20天后,Ospip2;1、Ospip2;3和Ospip2;4的株高显著高于野生型株高,但在移栽后35天和41天时,与野生型株高具有显著差异的突变体是Ospip1;1、Ospip2;4和Ospip2;5。其中,Ospip2;5株高相比于其它突变体最高,Ospip1;1的株高在所有突变体中一直保持着最低。此外,OsPIP敲除对产量也有显著影响。与野生型相比,Ospip1;1、Ospip1;3、Ospip2;1、Ospip2;2、Ospip2;4和Ospip2;7的产量显著降低。其中,Ospip1;1产量最低,平均为4.55 t ha-1,相比于野生型降低了33.7%。从产量构成因子来看,突变体产量的降低主要与每穗颖花数和籽粒千粒重的降低有关。（2）在水稻11个敲除突变体中,OsPIP1;2,OsPIP1;3,OsPIP2;1和OsPIP2;8基因缺失对叶片叶肉导度影响显著。营养生长阶段时,与野生型相比,Ospip1;2和Ospip2;8的叶肉导度分别显著降低了13.1%和10.9%,从而导致光合速率也显著低于野生型。生殖生长阶段,Ospip1;2和Ospip2;8与野生型叶肉导度没有显著差异,而Ospip1;3和Ospip2;1的叶肉导度相比于野生型分别降低了12.3%和19.3%,同时光合速率也显著低于野生型。此外,Ospip1;2,Ospip1;3和Ospip2;1的气孔导度在生殖生长阶段也显著低于野生型,且Ospip2;1的气孔导度在所有突变体株系中最低,相比于野生型降低了44.6%。因此,不同OsPIP对叶片光合生理的影响不同,且OsPIP敲除突变体与野生型间叶肉导度的差异与植株所处生长阶段有关。（3）在海南生态区下,突变体的光合速率和叶肉导度与野生型没有显著差异,但气孔导度差异明显。其中Ospip1;2的气孔导度显著高于野生型,而Ospip2;1的气孔导度显著低于野生型。与海南生态区不同,武汉生态区下,除Ospip2;1外,Ospip1;1和Ospip1;2的光合速率和叶肉导度均明显低于野生型,尤其是Ospip1;1,其光合速率和叶肉导度在所有株系中最低。此外,在对比人工控制环境与室外自然环境条件下植株的光合特性时,OsPIP对植株光合生理的影响也表现出明显差异。人工控制环境条件下,OsPIP2;1缺失显著降低了CO2传输过程中的气孔导度和叶肉导度,进而影响光合速率。而在室外自然环境条件下,OsPIP2;1缺失对CO2传输效率没有显著影响,但Ospip1;1的叶肉导度和光合速率显著降低。综上可知,OsPIP对植株叶片光合特性的影响受植株生长环境的调节。综上所述,OsPIP1;2,OsPIP1;3,OsPIP2;1和OsPIP2;8对水稻叶片内的CO2传输效率具有调节作用,且这种调节作用受植株生育阶段和生长环境的影响。同时,与野生型相比,OsPIP1;3,OsPIP2;1敲除还显著降低了水稻产量。这表明OsPIP1;3和OsPIP2;1可能会通过影响叶片内CO2传输效率来影响光合速率,进而调节产量。