光合作用是指绿色植物（包括藻类）吸收光能,把二氧化碳（CO2）和水（H2O）转化为富能有机物,并同时释放氧气（O2）的过程。光合作用是地球上最重要的化学反应,是各种生命活动赖以生存的基础。依据光合作用原理,CO2的同化是指在光合作用暗反应阶段被还原为有机物,该过程也被称为“CO2固定”或“CO2还原”。尽管这一结论已被大多数人所接受,但也存在诸多疑点,一些科学家认为光反应阶段也有可能发生CO2同化,然而遗憾的是,人们至今没有在实验上获得充足有利的证据。那么,在光反应阶段是否能够进行CO2同化?如果能够发生,其发生场所、同化路径和产物分别是什么?毫无疑问,以上科学问题具有重要研究价值,但截至目前,相关研究极其匮乏。为此,本论文围绕以上关键科学问题,选取特定的生物体系（藻类和高等植物）为研究对象,发现在光合作用光反应阶段存在光驱动CO2同化（以下简称“CO2光还原”）现象。随后,通过设计并开展一系列对比实验结合原位质谱和同位素标记,对光合作用中CO2光还原进行了研究,在完善相关分析方法的基础上初步确认了CO2光还原的场所和部分产物。主要研究内容和结论如下:（一）结合原位质谱、气相色谱和同位素标记等手段,对光系统II（简称PSII）中心复合体的光反应进行了研究。结果表明,在光反应阶段PSII中心复合体不但产生O2,还能产生C1化合物甲醇（CH3OH）。13CO2和C18O2标记实验排除了CH3OH来自于光呼吸或细胞壁果胶脱甲基分解的可能,证实CH3OH来源于CO2光还原。此项研究表明,植物光合作用光反应阶段能够进行CO2光还原,即存在光驱动下的CO2同化现象,发生的场所是PSII中心复合体。进一步地,推测这种CO2光还原行为可能与暗反应下的CO2同化同步进行,相关机理有待深入研究。（二）为了更加全面分析和掌握CO2光还原的产物信息,对乙醇醛这一重要C2化合物的分析方法进行了完善,并证实其广泛存在于不同类型的植物中。首先,根据液相色谱研究的需要,从实验和理论两个方面研究了乙醇醛在甲醇中的存在形式以及各个组分之间的动态平衡。结果表明,与水溶液中的平衡组成不同,乙醇醛在甲醇溶液中以五个二聚体和两个单体的平衡形式存在,其中,甲氧基化的乙醇醛占比最大（＞90%）。其次,对具有不同CO2同化路径的植物进行分析,发现乙醇醛普遍存在于小球藻、菠菜、玉米和景天科拟石莲花属多肉植物中。本部分工作为研究CO2光还原产物提供了分析方法支撑。（三）为了更加深入的研究CO2光还原的产物,对乙醇醛等醛糖类化合物的来源问题进行了探究,证实其为光合作用CO2同化产物,即来源于CO2。本部分工作选取小球藻为研究对象,结合原位质谱、化学衍生、同位素标记和高效液相色谱—质谱联用等手段,同时以生命起源的关键化学反应（巴特勒夫反应）和乙醇醛普遍存在于植物体内这一事实为基础,分析确定相关醛糖类化合物的存在及其与CO2光还原可能的联系。结果表明,小球藻光合作用产物中存在乙醇醛等多种醛糖类有机物。进一步地,13CO2同位素标记实验证实醛糖类化合物来源于CO2。此项研究表明,在植物光合作用中,CO2有可能在光反应阶段被还原为乙醇醛等醛糖类化合物,我们推测这一新的CO2同化路径在机理上与巴特勒夫反应相类似,但仍需进一步研究。