油菜是我国重要的油料作物,作为一种C3植物,其光合效率较低。Moricandia suffruticosa（MS）是近年来发现的一种拥有较高光合效率的C3-C4中间型植物,C3-C4植物被认为是光合作用从C3途径进化到C4途径的过渡类型,也是研究光合作用的宝贵资源。研究表明MS与油菜同属于十字花科芸薹族,亲缘关系非常近。因此,本研究对二者之间进行解剖结构、光合生理、生化酶活和转录组的系统比较,同时分析油菜叶片和角果的光合作用特性,挖掘MS优良生物学特性相关的重要基因,进而解析C3-C4光合途径的高光效机理,为油菜光合作用基因工程改良提供理论和技术基础。对甘蓝型油菜叶片和角果光合作用特性的分析表明,其叶片和角果都缺少C4“花环”结构,但角果的维管束密度高于叶片,说明角果具有的较高维管束密度可能有利于光合产物的代谢,而角果中并不存在C4光合途径。角果的光饱和点、CO₂饱和点和CO₂补偿点显著高于叶片。叶片C3关键酶Rubisco的活性高于角果,而角果C4关键酶的活性略高于叶片。因此认为角果在高温、高光强等C4相关环境和高CO₂浓度的环境中比叶片有光合优势。对油菜和MS的系统比较分析表明,MS叶片维管束密度显著高于油菜叶片,且在叶片内形成类似“花环”结构。MS叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度等光合参数均高于油菜,C4关键酶PEPC、NADP-MDH和NADP-ME的活性也都高于油菜。MS叶片的这一系列优良光合特性可以为油菜光合作用改良提供参考。干旱和高温被认为是光合作用进化到C4的主要动力,因此比较了油菜和MS干旱和高温胁迫后的光合作用相关性状。结果表明,干旱胁迫5天后MS维管束鞘细胞内叶绿体明显增多,维管束密度有所增加,说明一定程度的干旱促进了MS叶片形态结构向C4结构转变,但油菜叶片中未出现此类特征。干旱和高温胁迫后MS叶片光合参数和叶绿素荧光参数变化较小,植株和叶片的损伤也较小,而油菜叶片变化较大,尤其是高温胁迫造成了油菜叶片光合系统的不可逆破坏。说明MS有较强的抗逆能力和更高的光合作用可塑性。干旱胁迫后MS叶片的C3关键酶Rubisco和C4关键酶NADP-ME活性升高,一定程度的干旱和高温胁迫后油菜叶片C4关键酶PEPC和NADP-MDH活性也升高。以上这些结果为下一步转录组比较后的关键基因挖掘提供了基础。通过干旱、高温胁迫前后油菜和MS叶片转录组的比较分析,得到了大量的差异表达基因。干旱和高温双因素条件的设置,结合前期二者形态解剖及光合生理生化的研究,初步筛选了26个与目标性状相关的调控类候选基因,这些基因将为油菜光合作用的分子改良奠定基础。