二氧化碳同化是光合作用过程中的一个重要方面，是光合生理生态学研究的热点。沉水植物单个细胞就可以完成C4光合碳同化、其C4途径可诱导等独特的特征使其成为研究光合碳同化途径的理想材料。本项目在前期工作基础上以不同光合碳同化类型的水鳖科沉水植物为材料，通过低浓度CO2诱导前、后植物叶片的解剖结构、光合作用关键酶活性、光合速率、CO2补偿点、光呼吸强度等光合生理生态特征变化的比较研究，阐明沉水植物光合碳同化途径从C3向C4转变的生理生化机制；同时，通过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC) 编码基因的克隆与序列分析，以及低浓度CO2诱导前、后不同植物材料基因表达差异的研究，阐明沉水植物光合碳同化途径从C3向C4转变的分子生物学机制。该研究将为高等植物C4光合途径的起源、进化及其生态学意义提供理论依据，为通过基因工程手段提高植物光合碳同化效率奠定基础。

本项目成功建立了沉水植物碳同化途径从C3向C4转变的诱导体系；建立了适用于沉水植物光合作用测定的电化学方法，为沉水植物光合作用研究奠了技术基础；通过光合作用关键酶的测定、同位素示踪技术以及气体交换实验确定了水鳖科沉水植物黑藻、翅苦草、水车前、水菜花的光合途径类型；在此基础上进行了低浓度CO2诱导培养前、后植物叶片的解剖结构、光合作用关键酶活性、光合速率、CO2补偿点、光呼吸强度、氧抑制程度等光合生理生态特征变化的比较研究，阐明了沉水植物光合碳同化途径从C3向C4转变无需组织结构的改变，CO2的浓缩可以在细胞的叶绿体中进行，PEPC酶激活在C4光合作用中起主导作用。Western杂交与荧光定量PCR的研究结果表明PEPC与PPDK主要通过转录水平的调控，导致其活性的升高。本项目初步阐明了沉水植物光合碳同化途径从C3向C4转变的生理生化与分子生物学机制，为在实践中通过基因工程手段提高植物光合碳同化效率奠定理论基础。另外，考虑到除了C4途径以外，一些水生植物可以利用CAM途径及HCO3- 利用来进行无机碳浓缩，所以本项目研究了30种水生植物的CAM途径及HCO3- 利用。