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大豆[Glycine max （L.） Merr.]是重要的粮油兼用作物。提高产量是大豆育种的重要目标之一。由于作物物质生产的95%左右来自光合作用,因此提高农作物光能利用率是进一步提高其产量的核心问题。长期以来,通过常规育种手段或转基因方法提高光合作用、实现作物增产,一直是国际光合作用研究和作物遗传育种等领域专家关注的重点。鉴定高光合效能种质,发现光合作用系统控制基因,不仅能揭示光合高效吸能、传能和转能过程的机理,还能为大幅度提高农作物光能利用率、进而提高产量提供基因资源和理论依据。本研究主要目的是：①筛选高光合性能种质；②对控制大豆光合相关性状的QTL（基因）进行定位,获得与之连锁的分子标记,为分子标记辅助育种提供可靠的标记资源；③克隆大豆Rubisco活化酶（RCA）基因,研究其表达调控遗传规律；④剖析控制大豆光合作用的遗传基础。获得主要结果如下：1、在盆栽条件下,利用LI-6400光合仪测定了162份大豆品种（系）R6时期的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率等参数。相关分析表明,4个参数两两间存在极显著正相关关系。参数的变异特点分析表明,4个参数在品种（系）间存在极显著的遗传差异,变幅较大,且呈现典型的数量性状分布特点,育种潜力较大。以光合速率作为选择指标,筛选了石柱猪腰子、安陆小黄豆、文丰5号、进贤早茶豆、德清香珠豆、小粒豆、拓城紫花糙、新昌六月豆、黔豆6号、开封郭庄青、安邑黑豆、丹豆12、科丰1号、戈阳青豆和黄皮小青豆等15份优异种质。2、利用来自科丰1号和南农1138-2的重组自交系群体NJRIKY （184个家系）及其分子遗传图谱,通过两年盆栽试验定位与光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率有关的QTL。两年共检测到16个QTL,分别位于C1、C2、D2、E、H、I和O连锁群上,LOD在2.25-6.31之间,贡献率为4.80%-12.30%；有7个QTL在不同环境下稳定表达,分别是控制光合速率的qPNC1.1和qPND2.1、控制气孔导度的qSCD2.1和qSC1.1、控制胞间CO2浓度的qCiI.1和qCiO.1,以及控制蒸腾速率的qTrO.1;检测到4个同时控制两个或两个以上参数的标记区间,分别是C1连锁群上控制光合速率和气孔导度的sat311-sct191区间、D2连锁群上控制光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度的sat296-sat277区间、E连锁群上控制光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度的sat172-satt268区间、以及I连锁群上控制气孔导度和胞间CO2浓度的satt726-satt330区间。利用重组自交系群体NJRIKY,通过盆栽和田间直播试验,定位与3个荧光淬灭参数（Fv’/Fm’、ΦPSII和qP）和5个荧光诱导参数（ABS/RC、TRo/ABS、ETo/TRo、 REo/ETo和PIABS）有关的QTL。共检测到24个QTL,其中控制荧光淬灭参数和JIP-test参数的QTL分别为11个和13个。这些QTL分别位于A1、A2、C1、D2、H、K、M和O连锁群上,LOD值在2.04-9.20之间,贡献率为2.90%-23.99%。有8个QTL在不同环境中稳定表达,分别为控制TRo/ABS的QTL qtrM.1和qtrM.1、ETo/TRo的QTL qetA2.1、REo/ETo的QTL qreA2.1、PIABS的QTL qpiA2.1、Fv’/Fm’的QTL qfvH.1、qP的QTL qqpC1.1和ΦPS Ⅱ的QTL qΦPSC1.1。检测到5个同时控制两个或两个以上叶绿素荧光参数的标记区间,分别是A2连锁群上控制TRo/ABS、ETo/TRo、ABS/RC和PIABS的sat162-AW132402区间、C1连锁群上控制qP和ΦPS Ⅱ的sat311-AI794821区间、K连锁群上控制ETo/TRo、PIABS和ΦPS Ⅱ的satt273-sat352区间、M连锁群上控制TRo/ABS、Fv’/Fm’和qP的标记区间satt655-satt210、以及O连锁群上控制ETo/TRo、REo/ETo、ABS/RC、PIABS、qP和ΦPS Ⅱ的sat274-sat196区间。3、采用同源克隆法克隆了GmRCAα、GmRCAβ、GmRCA03、GmRCA11和GmRCA14等5个大豆RCA基因。原核表达和序列比对显示, GmRCAa和GmRCAβ分别编码RCA大小亚基。它们的cDNA序列从编码区到3’-非编码区均含有差异序列；两基因的基因组DNA序列相似性只有40%,且分别位于Gm02和Gm18两条染色体上。这些结果表明,大豆GmRCAα和GmRCAβ的mRNA分别由基因组上两个不同的基因转录而来,有别于其它物种中由染色体组上单一基因经选择性剪切而形成两种不同mRNA的现象。在盆栽条件下,应用荧光定量RT-PCR技术测定了重组自交系群体NJRIKY的GmRCAα表达量、GmRCAβ表达量,Rubisco酶初始活性、光合速率和籽粒产量。相关分析表明,GmRCAα和GmRCAβ的表达水平可调节大豆的光合能力和生长。基因表达数量性状位占（eQTL）分析表明,两基因的表达水平各自受2个反式作用eQTL控制。4、检测到4个光合速率与其它性状（参数）的QTL共区间,分别为C1连锁群的sat311-AI794821（同时控制光合速率、气孔导度、qP和ΦPS Ⅱ）、D2连锁群的sat296-satt669（同时控制光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、Rubisco初始活性和ΦPS Ⅱ）、E连锁群的sat172-satt268（同时控制光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度）和O连锁群的satt331-sat196（同时控制光合速率、ETo/TRo、REo/ETo、ABS/RC、 PIABS、qP和ΦPS Ⅱ）,且在所有共区间内,光合速率与各性状（参数）QTL的加性方向与它们间的表型相关一致。表明,在NJRIKY群体中,光合速率的遗传变异主要来自气孔导度、胞间CO2浓度、ETo/TRo、REo/ETo、ABS/RC、PIABS、qP、ΦPSⅡ和Rubisco初始活性等性状（参数）。