水稻是全球最重要的粮食作物之一,通过转基因技术导入外源Bt（Bacillus Thuringiensis）基因可有效地提高水稻的抗虫性。然而,Bt蛋白作为一种可溶性蛋白,在植株体内的合成和代谢过程中会消耗额外的氮源和能量,从而可能会影响植株的碳氮素分配及代谢过程。目前已经有研究发现,转Bt基因作物与对照品系相比出现农艺性状以及生理代谢过程的变化。因此,研究转基因水稻与其非转基因品系在碳氮代谢上的差异及其变化的机制,对于转基因水稻品系产量与抗性潜力的发挥及其生态适应性评价具有重要有重要意义。本研究采用盆栽的方式,设置了不同施氮（N）水平,水稻材料为重要育种材料及其转Cry2A^*基因品系,包括恢复系MH63及MH63（Cry2A^*）、恢复系MH86及MH86（Cry2A^*）、常规粳稻空育131（KY131）以及其2个转基因品系KY131（Cry2A^*）-1、KY131（Cry2A^*）-2。重点研究了不同转Cry2A^*基因水稻材料在不同N素条件下Bt蛋白的表达响应差异;转Cry2A^*基因水稻品系与各自对照品系主要农艺性状和产量的差异;转Cry2A^*基因水稻品系与各自对照品系碳氮的分配与积累、碳氮代谢相关指标的差异;转Cry2A^*基因水稻品系与对照品系碳氮的分配与代谢特征变化的机制。主要的研究结果如下:（1）不同转Cry2A^*水稻品系中表达Cry2A^*蛋白含量不同,选用品系的Cry2A^*蛋白表达量为:0.81¹1.96μg·g^-1鲜重;在不同施氮水平下,不同转Cry2A^*品系中表达Cry2A^*蛋白会出现差异,其中MH86（Cry2A^*）中的Cry2A^*蛋白表达量都是最低的,其次是KY131（Cry2A^*）-1,而KY131（Cry2A^*）-2与MH63（Cry2A^*）受施氮水平影响更大;转基因水稻品系中的Cry2A^*蛋白在生育后期的变化趋势与总蛋白不同,如生育后期MH63（Cry2A^*）与MH86（Cry2A^*）的总蛋白含量逐渐下降,而Cry2A^*蛋白则下降缓慢甚至上升表达,即Cry2A^*蛋白水平在生育后期相对稳定。（2）转Cry2A^*基因水稻品系与其对照品系之间在株高、干物质分配、光合作用特征指标、碳（C）积累上在不同施N水平下的表现存在一些不同,但并没有表现出规律性差异。不同施氮水平下,转Cry2A^*基因水稻总的N积累量与对照品系没有显著差异;在农艺性状和C、N代谢方面,各材料表现出的差异不完全一致;不同施氮条件下,MH63（Cry2A^*）叶片线粒体中ATP含量显著低于受体亲本MH63;MH86（Cry2A^*）叶片线粒体中ATP含量显著高于受体亲本MH86;KY131（Cry2A^*）-1叶片线粒体中ATP比KY131（Cry2A^*）-2及受体亲本都高。此外,转基因水稻品系的各碳氮代谢特征指标对氮肥的响应也不同,但是没有表现出规律性的结果。这说明农艺特性还受到转基因材料遗传背景的影响。（3）基于MH63（Cry2A^*）叶片线粒体中ATP含量在N0条件下显著低于受体亲本MH63的研究结果,我们对MH63（Cry2A^*）和受体亲本MH63在不同施氮条件下进行蛋白组学分析。结果表明:两个品系在不同N肥条件下与碳氮代谢相关的差异蛋白数量为55⁶1个,涉及能量代谢、碳水化合物和脂质代谢、核苷酸代谢、氨基酸代谢、糖类合成和代谢、萜类及聚酮化合物代谢和其它次生代谢产物合成;而KEGG代谢通路分析结果显示:能量代谢的差异主要是与ATP的合成有关的代谢通路;电子传递链上的差异蛋白分别为:ND4,为NADH脱氢酶,是一种位于线粒体内膜催化电子从NADH传递给辅酶Q的酶;Cyt1,是一种细胞色素还原酶,可催化电子从辅酶Q传给细胞色素c;COX6B,为细胞色素c氧化酶cbb3型亚单位,是呼吸链中电子传递的末端氧化酶;COX15,为焦磷酸化酶,参与能量代谢、氧化磷酸化过程。对比不同施氮条件下的氧化磷酸化代谢通路,发现不同施氮条件下线粒体ATP含量的差别可能在于氧化磷酸化末端,从而使得ATP含量出现差异。结合MH63（Cry2A^*）和受体亲本材料蛋白质组学的分析结果,我们推测不施氮条件下转基因材料的碳氮代谢特征的变化可能与能量代谢相关途径存在关联。但是,不同的Cry2A^*基因转化材料表现出不同的响应,如无标记且插入位点为基因间区的转基因材料MH86（Cry2A^*）在不同施氮条件下氮代谢酶活、ATP含量等高于对照品系;MH63（Cry2A^*）碳氮物质分配和能量代谢特征在正常施N水平下与对照品种不存在显著差异。因此,对转基因材料的评价应当逐个进行。转Cry2A^*水稻品系中表达Cry2A^*蛋白含量,以及Cry2A^*蛋白与总蛋白在生育后期的变化趋势也有差异。转Cry2A^*水稻品系与其亲本受体在农艺性状以及碳氮代谢等方面在不同施N水平下存在一定的不同,但并没有表现出规律性差异,说明本研究中使用的材料中的Cry2A^*蛋白表达量还没达到差别阈值。但是能量代谢指标可作为转基因材料培育中的评价指标。但是具体的相关性还需要增加材料和指标体系进行更加系统的研究与论证。