为达到“碳中和”这一目标,挖掘高固碳树种、选择和培育高固碳种质资源势在必行。水曲柳（Fraxinus mandshurica Rupr.）是我国重要工业用材和生态树种,是国家储备林入选树种。目前,对水曲柳良种选育的研究多集中在生长与抗逆评价等方面,得到了一些水曲柳速生良种。但是以碳汇为目标的选择育种和遗传基因改良的研究却刚刚起步,造成水曲柳良种结构性缺失,没有高固碳良种。水曲柳在碳汇林业应用中具有较高的潜力,为了研究水曲柳碳储量的变异规律,选育、推广水曲柳高固碳良种,解析碳储量在种源间差异的分子机制,本文系统、深入研究了水曲柳碳储量和生长性状的总体变异规律以及各性状在种源间的变异,进行了高固碳种源选择和种源区划;明确了高、低固碳种源对低氮、磷胁迫的耐受性;解析了高固碳种源的固碳分子机制,包括高、低固碳种源之间基因表达的差异分析,绘制了水曲柳高固碳基因调控网络模式图,并进一步研究了在高固碳种源中高表达的FmbHLH35和FmbHLH36基因过表达对烟草生长的影响。本文主要研究结果如下:1、水曲柳种源试验林总体变异规律的研究以固碳相关性状为核心,集中于两个典型生态区（帽儿山和带岭）比较了 20个种源的14年生试验林中360株解析木在50个性状上的遗传变异,结果表明:碳性状在组织间的变异模式为以树干为中心向树的形态学两端逐渐减少。与生境较好的帽儿山试点相比,生境较差的带岭试点单株含碳量减少了60.43%。水曲柳种源地理变异分析表明,含碳率呈现西北-东南方向和海拔垂直梯度变异的基本模式:纬度越高、海拔越高、经度越小,则含碳率越大。影响水曲柳生物性状的所有气象因子中,温度变异占主导地位。建立了以胸径估算不同组织含碳量的异速生长模型,拟合度达到0.85以上的有4 个,分别为单株（Y=111.59×DBH2.048,R2=0.860）、地上部分（Y=76.01×DBH3.096,R2=0.864）、树干（Y=59.08×DBH2.007,R2=0.860）、树干木材（Y=43.68×DBH2.075,R2=0.851）,其中Y为对应的含碳量,单位为克;DBH为胸径,单位为厘米。这些结果共同揭示了水曲柳不同种源生物性状变异规律,为高固碳种源选择奠定了基础。2、高固碳种源选择本研究以单株含碳量为主要指标,同时以生长性状、形质性状、含碳率不小于总平均值为限制因子,分别在两个生态区对水曲柳进行了高固碳种源选择,结果表明:帽儿山种源（本地种源）和绥棱种源分别为帽儿山试点和带岭试点固碳能力最高的种源,其单株含碳量分别超过总均值26.81%和29.65%。如果在以帽儿山试点和带岭试点为代表的两个生态区分别使用选出的高固碳种源造林,以种源试验林现有的密度（3300株/公顷）来计算,每公顷固碳量将分别比总均值增加4131.6 kg和2847.9 kg。通过主成分分析将两个试点所有生长性状整合为—个生长因子即第一主成分,根据20个种源在第一主成分上的得分大小,选出帽儿山、沾河、五常种源为两个试点高固碳种源,其单株含碳量分别超过总均值19.9%、18.7%、10.6%。选育出的高固碳种源弥补了水曲柳良种结构性缺失,为高固碳种子园和高固碳人工林的建设提供了良种。3、基于生长性状、形质性状、碳性状、气候生态因子的水曲柳种源区划选择种源间显著差异的生物性状进行主成分分析以进行生物性状的种源区划,根据20个种源在第一主成分上得分的大小,结合生态因子的区划结果和东北地区水曲柳分布的地形地势特点,将水曲柳20个地理种源从南往北依次划分为4个种源区:长白山南部种源区（恒仁、弯甸子、三岔子、临江、西丰、辉南、露水河）、长白山北部种源区（汪清、海林）、松花江流域种源区（五常、帽儿山、方正、桦南、东方红）、小兴安岭种源区（括兴隆、绥棱、带岭、友好、沾河、汤旺河）,这将为水曲柳种子调拨提供指导,在水曲柳的引种实践中做到适地适种源。4、高、低固碳种源对氮磷胁迫的适应性分析通过对高、低固碳种源在低氮、低磷处理下的沙培试验,研究高、低固碳种源对低氮、低磷耐受性的差异,结果表明:高固碳种源对N-或P-的耐受能力大于低固碳种源。在N-或P-条件下高固碳种源能够维持相对较高的生物量生长,特别是在低磷条件下,高固碳种源的干重、单株含氮量、叶面积显著大于低固碳种源,这与P-条件下高固碳种源较高的叶绿素含量、PEPC酶活性、叶片（NRT2.1,NRT2.7,NIA2和PHO1;H1）和根部（NIA2,PHT1-3,PHT1-4和NRT2.5）等基因的转录表达较高有关。高固碳种源低氮、低磷较高的耐受性为高固碳良种的推广提供了理论支撑。5、高、低固碳种源间碳性状差异分子机制的解析通过对高、低固碳种源在完全营养条件下的转录组分析,鉴定出783个高固碳相关差异表达基因,其中叶片差异表达基因的数量（669）是根（149）的4.5倍,因此叶片基因差异表达是种源碳性状差异的主要原因。根据文献和基因转录表达数据绘制了水曲柳固碳相关基因调控网络模式图,从碳代谢酶、小分子信号物质海藻糖与膨胀素、细胞壁代谢酶、苯丙烷代谢途径关键代谢酶等的基因的转录表达解析了种源碳性状差异的分子机制。选择高固碳种源高转录表达的FmbHLH35和FmbHLH36基因在烟草过表达,结果表明FmbHLH35和FmbHLH36基因过表达使得烟草干重显著增加了 1.04倍和2.16倍,这与转基因烟草通过增加地上生物量的分配来增强生物合成能力有关。高、低固碳种源间差异表达基因的鉴定、筛选及FmbHLH35和FmbHLH36基因对生长促进作用的验证,为林木分子遗传育种提供了基因资源。