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当植物处于高浓度CO2条件下时，CO2浓度的提高增加了Rubisco羧化反应的底物浓度，抑制了光呼吸作用，因此促进了净光合速率的提高。但是，当植物长期处于高浓度CO2条件下时，这种促进作用会慢慢消失，以至后来在相同CO2浓度下测定时净光合速率会低于普通空气中生长的植物。这种现象叫做光合作用对高浓度CO2的适应。关于光合适应的机制，虽然已经有很多猜想和解释，但是目前还不是很清楚。本研究以水稻和小麦为材料，利用中国的稻麦FACE轮作系统，开展了光合作用对高浓度CO2适应机制的研究，得到如下结果与结论。
1.水稻光合适应中的RuBP再生限制。
在同样CO2浓度下测定比较时，FACE(比普通空气CO2浓度高200 μmolmol-1)叶片的净光合速率显著低于普通空气中生长的对照，表明高浓度CO2下生长的水稻叶片产生了光合适应现象。相应地，FACE叶片体内最大电子传递速率(Jmax)、最大羧化效率(Jmax)、Rubisco和RuBP含量以及全链电子传递活性、光合磷酸化活性都显著降低。同时，PSⅡ和PSⅠ之问电子传递的关键蛋白细胞色素f含量也显著下调。这些结果表明，在FACE水稻叶片中RuBP羧化限制和RuBP再生限制同时存在，后者是造成光合适应的主导因素，并且细胞色素f含量下降所导致的非循环电子传递能力的降低是FACE叶片RuBP再生能力下调的重要原因。
2.小麦光合适应中的RuBP羧化限制。
在相同CO2浓度下测定时，FACE小麦叶片的净光合速率显著低于普通空气中生长的对照，表明发生了光合适应。与之相适应的是，FACE叶片体内最大羧化速率(Vcmax)、Rubisco含量和Rubisco活化酶含量显著下降，但是体内最大电子传递速率(Jmax)和RuBP含量却没有明显的变化。另外，FACE叶片的蔗糖含量以及蔗糖磷酸合酶活性显著上升。这些结果表明，与水稻不同，小麦发生光合适应的主要原因，不是RuBP再生限制，而是活化的Rubisco减少导致的RuBP羧化限制。
3.高CO2浓度下生长的水稻子代光合适应现象的消失。
以往关于光合适应的研究，都是在高浓度CO2处理的当代植物进行的。至于它们的后代是否还发生光合适应现象，一直未见报告。我们发现，FACE水稻子代生长在高浓度CO2下时没有光合适应现象，表明FACE水稻子代对高浓度CO2产生了‘记忆’。为了寻找这种‘记忆’的物质基础，本研究对发芽7天的水稻种子幼芽进行了蛋白质组分析，通过双相电泳分析检测出1300多个蛋白点。与普通空气条件下生长的水稻子代相比，FACE水稻子代幼芽蛋白组成发生了一系列的变化。17个蛋白的表达上调，19个蛋白的表达下调，三个蛋白点发生位移。
通过质谱分析鉴定出了16个蛋白。其中，表达上调的9个蛋白是第三类过氧化物酶65前体、谷胱甘肽转移酶、短链脱氢/还原酶、冷激蛋白酶1、Drepp2蛋白、钙调节蛋白、转译控制的肿瘤蛋白同系物、线粒体ATP合酶D亚基和胞质节果酸脱氢酶；表达下调的4个蛋白是胁迫诱导蛋白、PR5类似蛋白、甘氨酸脱羧酶和高流动性蛋白1。发生位移的3个蛋白是甘氨酸羟甲基转移酶、细胞核内RNA结合蛋白A和磷酸葡萄糖转移酶。这些蛋白参与逆境响应、信号转导、糖和能量代谢、基因表达调节等。这些结果为揭示FACE子代光合适应现象消失的分子机理提供了重要的线索。