中国经济的迅猛发展带来机动车保有量骤然增加,活性氮的排放量剧增,排入大气的氮氧化物逐渐向陆地和水生生态系统沉降,即氮沉降,改变了自然生态系统格局,引起水体酸化、富营养化以及生态系统多样性丧失等一系列严重的生态问题,更为严重的是氮氧化物的氧化产物NO2引起大气PM2.5含量剧增,引发严重的雾霾,环境污染严重。氮沉降包括湿沉降和干沉降,近些年来人们多关注湿沉降,而氮沉降中占70%以上的干沉降由于设备、手段和技术问题被长期忽视。大气二氧化氮（NO2）是氮素干沉降主要成分,约占干沉降90%,主要来源于氮氧化物（NOx）,是酸雨和光化学烟雾的重要物质,也是臭氧层O3消耗的一个重要因子,更是雾霾形成的重要因素。植物可吸收大气NO2,进入叶片后参与了植物体内的氮代谢,影响了植物的碳代谢和氮代谢及其两者的协调关系。但是,有关植物吸收大气NO2是如何影响光合机构的,我们并不清楚。为此本文以模式植物烟草（Nicotiana tabacum L.）为试验材料,利用自行设计的自动控制装置,用气体熏蒸的方式模拟NO2干沉降,从植物的表型、生理生化,以及蛋白质组和转录组技术,探索烟草光合对大气NO2的响应机理。同时,我们发现了一条NO2代谢的新途径,即S-亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）代谢途径,我们通过构建GSNOR突变体,通过NO2熏蒸方法,观察突变体和野生型表型特征、代谢功能进行解析,以期为植物对NO2应激调控及耐NO2机理研究奠定基础,为揭示植物吸收大气NO2调控机制,推动对植物氮源的全面认识,具有重要意义。（1）以1.0、4.0、8.0和16.0 μl·L-1 NO2熏蒸烟草幼苗,确定烟草吸收NO2的最适浓度和临界浓度。从烟草的表型特征、氮代谢和光合参数检测发现1.0和4 μl·L-1 NO2促进了生长,为适宜浓度范围,8.0 μl·L-1 NO2各个指标表现为阈值状态,为临界浓度,而NO2从8.0μl·L-1达到16 μl·L-1,烟草出现伤害甚至死亡。（2）以最适浓度4.0 μl·L-1 NO2熏蒸烟草幼苗,叶绿素a荧光动力学曲线（OJIP）上J点（2 ms）和I点（30 ms）的相对可变荧光明显下降,说明了叶片PSⅡ反应中心受体侧电子初级醌受体（QA）向次级醌受体（QB）的传递能力以及质体醌（PQ）接受电子的能力均增强。NO2熏蒸的叶片PSⅡ潜在光化学活性（Fv/Fo）、PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）均显著高于CK,说明NO2熏蒸提高了烟草叶片PSⅡ反应中心活性和反应中心开放程度,提高了光化学效率。同时,NO2熏蒸的叶片PSⅠ最大氧化还原能力（△I/Io）也提高,接受电子的能力增强。NO2熏蒸后,叶片PSⅡ反应中心吸收的光能更多的用于光化学反应,到熏蒸第15天时,失活的PSⅡ反应中心增多,用于失活PSⅡ反应中心的热耗散量子产额提高。（3）以临界浓度8.0μl·L-1 NO2熏蒸烟草幼苗,增加了单株叶片数和叶质重,并在熏蒸10d后叶片变得浓绿、卷曲。光合机构的参数变化各异,熏蒸15d过程中,叶龄大的叶片叶绿素含量、Fv/Fm、电子传递速率（ETR）和非光化学淬灭（NPQ）增加,△I/Io降低;而叶龄小的叶片Fv/Fm、ETR和NPQ降低。临界浓度NO2提高了烟草叶片PSⅡ的活性,并抑制完全展开叶片的PSⅠ活性。（4）以高浓度16.0 μl·L-1NO2熏蒸烟草幼苗,表型和光合代谢均出现伤害,主要原因是由于高浓度NO2增加了叶片超氧阴离子（O2-）产生速率和过氧亚硝基阴离子（ONOO-）含量,叶片膜质过氧化加剧,电解质外渗;叶绿素含量和净光合速率均下降,破坏叶片的光合机构;叶片的PSⅡ反应中心活性下降,放氧复合体受损,抑制PSⅡ供体侧到受体侧的电子传递,受体侧QA到QB的电子传递也受阻,并导致类囊体膜发生解离。PSⅠ反应中心活性也下降,接受电子的能力减弱,从PSⅡ到PSⅠ的电子传递受到抑制,增加高浓度NO2对烟草幼苗叶片PSⅡ的伤害。（5）外源褪黑素（Mel）可通过缓解叶绿素降解和提高叶绿素合成过程中关键蛋白的表达减轻了高浓度NO2伤害。其中,PSⅡ供体侧蛋白（PsbO、PsbP1、PsbP3和PsbQ）、受体侧蛋白（PsbA、PsbC、PsbD、PsbL、Psb27-Hl和Psb28）以及PSⅠ反应中心蛋白（PsaB、PsaC、PsaD、PsaEa、PsaEb、PsaF、PsaN、PsaG 和 PsaO）在外源 Mel 处理后均上调。Mel还增强了抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）和硫氧还蛋白-过氧还蛋白（Trx-Prx）途径相关酶活和蛋白的表达,调节叶片的氧化还原平衡。Mel介导了多胺（PAs）的合成途径,提高了 NO2熏蒸叶片中PAs合成途径中关键酶蛋白SAMS1、SAMS2和SAMS3的表达。Mel调节了脱落酸（ABA）信号转导以及提高Ca2+信号转导中钙调素结合转录因子CAMTA12及NtCaM钙调蛋白NtCaM2的表达。（6）为了进一步明确叶片代谢NO2的特性,利用Illumina HiSeq测序技术和生物信息学分析方法分析了最适浓度4.0μl·L-1NO2处理后的转录组特征,利用差异表达基因（DEGs）筛选,得到2463个DEGs。NO2熏蒸叶片中有1248个DEGs显著上调,1215个DEGs显著下调。GO功能富集后这些特异表达基因主要参与了生物学过程、细胞组分和分子功能。通过对DEGs的KEGG代谢通路富集分析发现,碳代谢途径是在NO2熏蒸下差异最显著的KEGG通路,氮代谢和糖酵解/糖异生等过程也显著富集。最为明显的是NO2熏蒸后GDH-A、GDH-B、NR和GS表达上调,其中GSNOR表达量上调最为明显,发现了 NO2代谢的新途径,定为大气NO2的GSNOR途径。（7）为了验证NO2的GSNOR途径,构建GSNOR转基因烟草株系,利用最适浓度4.0μl·L-1NO2熏蒸过表达GSNOR（OE）和抑制表达GSNOR（IE）幼苗,熏蒸后提高了OE叶片的谷胱甘肽（GSH）含量和亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）活性,使OE叶片具有多种机制来清除体内多余的一氧化氮（NO）,而IE叶片的NO含量增加,引起严重的S-亚硝基化损伤。NO2增加了 OE叶片上谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶循环（GS/GOGAT）,提高有机氮源氨同化能力,而IE叶片上GS/GOGAT循环水平降低。NO2对IE叶片产生伤害,但其通过调节细胞质渗透压、稳定生物大分子结构,来提高对NO2的适应性。抑制GSNOR导致S-亚硝基化,ROS爆发。NO2熏蒸提高OE叶片的叶绿素含量,但降低IE叶片的叶绿素含量,降低了其捕获光能的能力。NO2熏蒸抑制了 IE叶片PSⅡ受体侧QA到QB的电子传递和放氧复合体（OEC）活性,并破坏了类囊体膜的稳定性。综上,本研究创新性地确定了烟草叶片NO2的最适浓度和临界浓度,以及最适、临界和高浓度NO2的光合响应特性和机理,以及外源Mel缓解高浓度NO2伤害的机制,提出了一条植物代谢大气NO2的新途径-GSNOR途径,并从分子生物学角度进行了解析,为我们理解大气NO2对植物生长和光合特性的影响提供了参考,也为我们重新认识植物不同来源的氮素代谢开阔了视野。