Rubisco是催化光合暗反应第一步反应的酶，是唯一能将CO2转变成碳水化合物的酶，由它固定和最后转化成的碳水化合物提供了植物、动物和微生物的食物和能量。但是，Rubisco催化该反应的效率十分低，使之成为光合作用的限速步骤。由于Rubisco的合成和催化过程十分复杂，人们很难通过直接改造Rubisco提高植物固定CO2的能力。而Rubisco活化酶能活化Rubisco，使植物在生理CO2浓度下具有最大的CO2同化速率，因此研究活化酶有重要意义。水稻活化酶有2个同工酶，大型同工酶比小型同工酶C端多37个氨基酸，其中包括两个Cys残基。这两个Cys残基的存在使活化酶大型同工酶对ADP的存在更加敏感，其活性在硫氧还蛋白的介导下能被基质中氧化还原状态的变化所调节。由于活化酶大型同工酶对调节Rubisco的活性具有的这种特殊作用，在本研究中，将活化酶大型同工酶rca基因用正义和反义引入水稻基因组，获得了过量表达活化酶大型同工酶基因和反义抑制活化酶基因表达的转基因植株，对其光合作用进行了生理和生化分析。　　 本研究的主要结果如下：　　 Rubisco活化酶大型同工酶基因的克隆：从水稻镇恢249中克隆了1525 bp的活化酶大型同工酶cDNA序列。经过测序，它与报道的粳稻品种活化酶大型同工酶cDNA序列(rca)完全相同。　　 构建了4个植物表达载体：3个为过量表达rca的载体，分别是pCBUbirca，pCBSrca和pCBSUbirca，其中rca分别在水稻中高效表达的玉米Ubiquitin启动子、受光调控的Rubisco小亚基基因启动子和由这两个启动子构成的双启动子控制下表达；1个在Ubiquitin启动子控制的反义rca载体，即pCBUbi-antirca。　　 获得了转化rca的水稻再生植株：用日本晴，台北309，武育梗7号和籼稻品种培矮64S水稻成熟种子诱导愈伤组织。用改良的农杆菌浸染法将rca基因转化这些愈伤组织，在潮霉素筛选压力下获得抗性愈伤组织，经过2天的干燥处理后，转入到含山梨醇的高渗分化培养基上培养，能迅速获得大量的芽和转化体再生植株。　　 获得了转rca基因的水稻植株：抗性愈伤组织和再生水稻幼苗的叶片经GUS染色呈蓝黑色。PCR扩增转基因水稻基因组内的潮霉素基因和rca，大部分转基因水稻中含有841 bp的潮霉素基因片段和1525 bp长的rca cDNA片段。251粒T1代转基因水稻种子中189粒呈现潮霉素抗性，抗性种子/非抗性种子的比率约为3∶1，接近孟德尔分离规律。Southern杂交表明rca序列已整合到水稻基因组，一般含1-2个拷贝。Western杂交显示Rubisco活化酶含量在转pCBUbi-antirca的水稻中和对照比，几乎看不出，被反义抑制；转pCBUbirca的水稻与对照含量相差无几；转pCBSUbirca，pCBSrca载体的水稻中活化酶的含量比对照有极显著的增加。　　 T1代转rca水稻的光合作用发生显著变化：转pCBSrca和pCBSUbirca的水稻在饱和光强下的Rubisco初始活性、羧化效率、光合速率都明显高于对照，但是表观量子效率、色素含量和Rubisco总活性与对照相似。两者相比，前者比后者更高；转反义rca(pCBUbi-antirca)基因的水稻饱和光强下的光合速率、表观量子效率、羧化效率、Rubisco初始活性明显降低，色素含量和Rubisco总活性基本不变；转pCBUbirca的水稻中，光合作用的各项参数与对照基本相似。　　 T1代转rca水稻的叶绿素荧光明显改变：转pCBSrca和pCBSUbirca的水稻ΦPSⅡ的值明显高于对照，而且前者qP的值明显高于对照。两者相比，前者的ΦPSⅡ和qP的值比后者高；转反义rca的水稻ΦPSⅡ，F'v/F'm，qP值和对照比都明显降低，但qN的值升高；转pCBUbirca载体的水稻中，叶绿素荧光的各项参数与对照基本相似。　　 转rca基因的水稻生长发育的变化：转pCBUbirca载体的水稻整个生长发育过程与对照相似；转化pCBSrca和pCBSUbirca载体的水稻和对照比，植株高大，生长发育速度加快，抽穗、开花和结籽的时间提前。两者本身相比，前者比后者明显；转反义rca(pCBUbi-antirca)基因的水稻生长发育延迟，植株矮小，种子败育。　　 由上可见，Rubisco活化酶大型同工酶rca基因在Rubisco小亚基基因启动子、Ubiquitin基因启动子和Rubisco小亚基基因启动子共同控制下正义转入水稻的转基因植物光合作用的参数最好，光合效率提高，植物表型最好，生长发育加快，提前开花结籽。这一研究可能为获得高光合效率和高产量的水稻奠定了基础。