水稻植株90-95%的干物质来自光合作用。叶绿素突变体是研究植物光合作用的理想材料,因此,水稻叶绿素含量相关突变体基因的功能解析对阐明叶绿素代谢机制和改良水稻光合效率均具有重要的理论意义。目前关于水稻高叶绿素含量突变体及其相关基因的研究还鲜有报道,在水稻中也没有关于多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase,PG）基因调控叶绿素含量的报道。本研究鉴定了一份水稻高叶绿素含量的突变体,命名为higher chlorophyll content 1（hcc1）,并对突变体基因功能进行了验证和分析。主要研究结果如下:1.突变体hcc1的叶绿素相对含量（SPAD值）在苗期、分蘖期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期均显著高于野生型。另外,突变体hcc1还表现植株变矮,叶尖枯萎等表型。通过对叶绿素合成和降解途径相关基因进行RT-q PCR分析发现,叶绿素降解相关基因在突变体中的表达大都低于野生型,表明突变体HCC1基因的突变可能导致叶绿素分解代谢受到抑制。通过农艺性状分析发现,相比于野生型,突变体hcc1的株高、穗粒数、分蘖数、结实率、千粒重和单株产量都显著降低。2.通过对野生型和突变体hcc1的光合参数和叶绿素荧光参数测定发现,野生型和突变体hcc1的光合功能存在显著性差异,突变体hcc1的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）和气孔导度（Gs）显著低于野生型,突变体hcc1的实际光化学量子效率（Y（II））和流经PSII光合电子传递速率（ETR）在0-700μmol·m-2·s-1范围内高于野生型,非光化学淬灭参数（NPQ）在0-700μmol·m-2·s-1范围内低于野生型,结果说明突变体hcc1的光耐受性高于野生型,光保护机制完好。3.实验室前期工作对突变体hcc1进行了遗传分析、基因定位和Mut Map重测序,初步证明LOC＿Os01g19170是突变体hcc1的候选基因。本文利用CRISPR/CAS9技术在粳稻品种Kitaake背景下对候选基因进行敲除,获得5个独立的阳性转基因株系,已至T6代,随机挑选一个株系（hcc1-ko2）,测定成熟期剑叶叶绿素相对含量,发现转基因株系叶片中的叶绿素含量显著高于野生型。进一步,通过农杆菌介导将互补载体转化突变体hcc1,目前已经获得5个独立的T4代阳性转基因株系,这些转基因株系的叶绿素相对含量与野生型相比并无明显差异。结合敲除株系表型分析结果,确信LOC＿Os01g19170就是控制hcc1突变性状的基因,该基因功能注释为多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase,PG）,是一个假定的表达蛋白,将其命名为HCC1（Higher chlorophyll content 1）。4.HCC1基因在水稻的根、茎、叶、节、穗等组织部位均有表达,属于组成型表达。在节间的表达量最高,其次是根和叶片,在穗部和叶鞘的表达量相对较低。HCC1定位于细胞膜和内质网膜上,并在其上发挥生物功能。利用酶联免疫法（ELISA）对突变体hcc1及其野生型叶片中的多聚半乳糖醛酸酶活性进行测定,结果发现突变体叶片中酶活显著降低。5.利用透射电镜对突变体hcc1及其野生型根和叶片中的细胞壁进行观察,结果发现突变体细胞壁的厚度有比较明显的增厚。进一步发现突变体hcc1及敲除植株根中的果胶含量均显著高于野生型,而茎和叶片中的果胶含量都显著低于野生型。最后利用高效液相色谱法（HPLC）对突变体hcc1及其野生型叶片中PG降解果胶的产物D-半乳糖醛酸（D-GA）含量进行了测定,发现突变体植株中D-半乳糖醛酸含量显著降低。这些结果说明HCC1的突变改变了细胞壁的组分,进而影响细胞壁的结构。6.利用酶联免疫吸附法对突变体hcc1、敲除株系及其野生型叶片中的乙烯含量进行测定,结果发现突变体和敲除株系叶片中乙烯含量显著降低。进一步在黑暗下对hcc1及野生型叶片衰老进行诱导,结果突变体叶片衰老速度明显减慢;而经ACC（乙烯合成前体）处理后,突变体叶片衰老的速度明显加快,结果暗示HCC1可能通过乙烯含量调控叶片衰老。7.为了探究水稻中乙烯与HCC1蛋白活性的关系,播种十天后的突变体hcc1及其野生型幼苗和敲除植株及其野生型幼苗用外源乙烯、乙烯受体专一性抑制剂1-甲基环丙烯（1-MCP）和PG降解果胶的产物D-半乳糖醛酸（D-GA）处理,结果突变体/敲除株系经外源乙烯处理后,随时间推移,HCC1基因表达量增加,PG酶活性提高;相反,处理乙烯受体专一性抑制剂1-MCP后,突变体/敲除株系PG酶活和HCC1基因的表达都显著降低。另外,处理D-GA后,突变体/敲除株系HCC1基因的表达和PG酶活都显著提高。这些结果初步证明HCC1基因的表达对于乙烯的生物合成有影响。