CO2加富环境下番茄线粒体呼吸的代谢适应及其生理与分子机制

CO2加富业已成为人们控制设施环境，调控作物光合作用的重要手段，然而，CO2加富如何影响CO2代谢的另一过程即线粒体呼吸及其相互关系则尚不清楚。本项目以番茄为材料，利用人工控制环境（CE）及开放式空气CO2加富（FACE）的方法进行日间CO2加富，采用CO2气体交换和氧电极O2吸收相结合的方法，对植物呼吸和光合速率进行不同CO2浓度下交互测定，明确短期和长期CO2加富环境下线粒体呼吸与叶绿体光合作用的协同变化；利用Tomato Genome芯片、结合qPCR、代谢谱分析从呼吸底物、细胞能态、呼吸机构容量等水平上解析线粒体呼吸变化的机理；通过对糖酵解及miETC电子传递中可变代谢反应的研究明确CO2加富下呼吸代谢的变容及其作用。探讨植物线粒体呼吸及光合作用在CO2加富环境下的协同变化响应及其生理与分子机制，进而为通过CO2加富提高农业生产效率提供理论和实践指导，具有重要的科学和现实意义。

本项目以番茄为材料，采用CO2气体交换和氧电极O2吸收相结合的方法，对植物呼吸和光合速率进行不同CO2浓度下交互测定，研究短期和长期CO2加富对番茄呼吸速率（RL, RD, RN）和光合速率的影响及其时间效应，探讨CO2加富环境下线粒体呼吸与叶绿体光合作用的协同变化。研究进一步确定了CO2加富环境下的光合适应现象与Rubisco羧化能力和RuBP再生的最大速率的降低有关。明确了CO2加富环境能够提高番茄叶片的线粒体呼吸，并深入研究了CO2加富环境在呼吸底物水平变化、细胞能态水平及呼吸机构容量等水平的变化，解析了CO2加富环境下线粒体呼吸变化的生理与分子机制。利用表达谱分析和双向电泳分析从基因组和蛋白组水平明确了CO2加富后光合作用和呼吸作用等过程的响应及线粒体呼吸代谢变容性。本研究为通过CO2加富提高农业生产效率提供了 理论和实践指导，具有重要的科学和现实意义。相关研究成果在Scientific Reports、Planta、Plos One、Environment and Experimental Botany、Acta Physiologiae Plantrum等SCI源刊物上发表了6篇研究论文，并荣获教育部高等学校科学研究优秀成果科技进步一等奖和浙江省科技进步一等奖各一项。