大气CO2浓度持续升高对世界主要粮食作物水稻的生长和产量影响已受到广泛关注。作为光合作用的重要底物，CO2浓度的持续增加会提高水稻的光合效率以促进植株生长和提高作物产量。研究发现，CO2浓度增加条件下水稻不同品种的产量增幅存在明显差异。对这种差异产生原因的研究有助于在未来高CO2条件下进一步提高水稻的产量。作为植物吸收养分和水分的主要器官，根系在水稻对高CO2响应的研究中扮演着重要角色。本研究利用中国FACE(Free-air CO2enrichment)研究平台和室内CO2浓度可调的人工气候室，选择产量高响应的水稻品种Ⅱ优084和低响应的品种武运粳23作为研究材料，在水稻生长发育的不同时期观察两品种在高CO2条件下地上部、根系生物量的响应差异及其C、N同化转运的响应差异，以探索高应答品种高响应的生理机制。并进一步通过高CO2条件下根系生长高响应的水稻突变体材料的筛选、鉴定和转基因验证工作，探索高CO2条件下水稻根系高响应的分子机制。研究结果或为高CO2条件下水稻产量的进一步提高提供参考。此外，我们还筛选到一个产量明显高于野生型的突变体材料。主要结果如下:　　(1)田间FACE试验。Ⅱ优084穗重在高CO2下增加18.8％，而武运粳23的响应不显著。纵观整个生育期生物量对高CO2的响应发现，Ⅱ优084的地上部和根系的生物量对FACE的响应多数都高于武运粳23，尤其是根系。品种间响应差异出现的时间因N水平的不同而有不同，而且地上部和根系之间响应差异出现的时间也不相同。在不施加N肥(0N)条件下，两品种间地上部的响应差异出现在抽穗期，而根系的响应差异出现在分蘖期，说明Ⅱ优084的根系在高CO2下的响应更迅速，使其能够在N素不足时通过快速增长根系来吸收更多的N;在正常施N(NN)条件下，两品种地上部和根系的响应差异均出现在幼穗分化期。与0N相比，N肥的施加加快了水稻的生长，同时使得地上部与根系的响应同步进行。　　两品种地上部C浓度对FACE均无响应，Ⅱ优084根系在FACE下干重显著增加，同时根系C浓度也增加，武运粳23的C浓度没有表现出响应。FACE条件下Ⅱ优084可能从地上部转运了更多的光合产物到根系。Ⅱ优084地上部和根系总N量均大于武运粳23，说明FACE下Ⅱ优084根系生长的高响应有助于植株从土壤中吸收更多的N。C∶N比较发现，Ⅱ优084在多数情况下的C∶N响应要高于武运粳23，说明Ⅱ优084在高CO2下有更高的N利用效率。这也可能是其高响应的原因之一。　　(2)室内苗期实验。武运粳23苗期地上部生物量在高N(HN)下响应显著，而Ⅱ优084地上部仅在低N(LN)下响应显著，说明水稻苗期地上部两品种对高CO2的响应与N供应密切相关。与地上部生物量相比，根系生物量响应更显著，且在中N(MN)下武运粳23有明显响应，而Ⅱ优084无响应，说明在水稻苗期MN下武运粳23的根系较地上部响应早，推测高CO2下叶片产生的额外的光合产物首先用于根系的生长。　　在水稻的营养生长后期以及生殖生长期，高应答品种Ⅱ优084无论是地上部还是根系生物量对高CO2的响应均明显高于低应答品种武运粳23，而在幼苗期低应答品种武运粳23对高CO2和高浓度蔗糖的响应更显著，说明在水稻生长发育的不同时期，不同品种对高C环境的响应情况也不尽相同。　　(3)CO2高响应突变体的表型分析与基因功能验证。筛选到的突变体根系对高CO2的响应明显大于野生型，且株高明显高于野生型。进一步分析发现突变体根系的高响应主要体现在不定根数目、根系平均直径和总根长的高响应，相应地，根系的表面积和体积也都表现出高响应。突变体在0-0.2mm根直径的根长对高CO2的响应明显高于野生型;对于0.2-0.4mm和0.4-0.6mm根直径的根长，野生型的高CO2响应要明显高于突变体;根直径大于0.6mm的根长对高CO2响应的比较中，突变体的响应要显著高于野生型。在高CO2下，突变体的粗壮根和细小的侧根响应更显著，更有利于根系的固定和对营养物质的吸收。　　植物光合作用的效率受光照强弱的直接影响。在弱光照下，突变体在高CO2条件下的响应与野生型的响应相比并没有显示出优势，说明其在高CO2下的高响应与光照强度有关。插入位点位于基因OsGF14b的启动子区域，突变体中基因的表达明显下降，该基因在茎中的表达量高。敲除系和过表系植株的验证结果显示，与野生型相比，敲除系的株高显著降低，并没有像突变体那样株高显著增高，同时，过表系的株高比野生型显著增高，而不是预想的株高变矮。说明T-DNA插入位点处的基因的失活，可能不是造成该突变体一系列表型的真正原因。可能是由于在T-DNA插入过程中产生的其他变化导致该突变体现有的表型。　　(4)一个高产突变体的产量构成分析。突变体的产量高于野生型，两者在株高、分蘖、穗形、粒形等方面均表现出不同，说明候选基因可能位于控制产量通路的较上游位置。突变体的有效分蘖数较野生型少，而单穗一次枝梗却显著高于野生型，因此两者优势互补之后，单穴一次枝梗在同一N水平下没有差异，但是由于两者的二次枝梗数目几乎一倍的差距，致使最终突变体的单穗粒数显著高于野生型。此外，突变体的粒长、粒宽和千粒重在各个N水平下均大于野生型，说明突变体有更大产量发展潜力。