據(jù)新華社信息南京１２月１０日電（記者湯澗）由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員焦德茂主持的國家重點基礎(chǔ)研究課題組，運(yùn)用植物光合機(jī)理，成功地將玉米高光合效率基因ＰＥＰＣ導(dǎo)入水稻，獲得４個具有高光效特性的水稻新株系，其中一個小面積產(chǎn)量比對照面積提高了２０％左右。國內(nèi)一些水稻研究專家認(rèn)為，這一研究開辟了我國水稻生理育種的新途徑，可望培育出新一代穩(wěn)定高產(chǎn)的超級稻。
通過提高農(nóng)作物的光合作用來提高產(chǎn)量水平，一直是國際光合和育種專家關(guān)注的前沿學(xué)科問題。１９９７年，世界著名植物光合作用研究專家、美國華盛頓州立大學(xué)教授古森本，將玉米高光效基因轉(zhuǎn)入水稻并獲得高表達(dá)的實驗成功，為提高水稻的光合能力展示了可能。但是古森本認(rèn)為，玉米高光效基因?qū)胨竞螅沟盟練饪追糯螅M(jìn)二氧化碳的能力增強(qiáng)。焦德茂主持的課題組則首次比較系統(tǒng)地闡明了玉米高光效基因?qū)胨疽院笤鰪?qiáng)光合作用的機(jī)理。
據(jù)介紹，按進(jìn)行光合作用途徑的不同，植物分為Ｃ４（碳４）、Ｃ３（碳３）等類型。水稻是Ｃ３植物，在高溫、強(qiáng)光下容易產(chǎn)生光抑制，光合作用減弱。與Ｃ３植物相比，玉米等Ｃ４植物具有更高的光合效率，而且在強(qiáng)光、高溫、低溫等逆境條件下有較好的防御反應(yīng)，能保持較高的光合作用。因此，如何把Ｃ３植物改造成Ｃ４植物是科學(xué)家長期的夢想。從１９９７年開始，江蘇省農(nóng)科院研究員焦德茂主持的課題組，通過對不同轉(zhuǎn)玉米高光效基因水稻材料進(jìn)行比較，證明來自Ｃ４植物中的高光效基因ＰＥＰＣ是提高光合效率的關(guān)鍵基因，Ｃ４光合途徑在水稻中原本微弱的存在，但在一般情況下不起作用，將玉米高光效基因?qū)胨竞�，不是因為氣孔放大使水稻吸收二氧化碳的能力增�?qiáng)，而是使水稻本身的Ｃ４光合能力增強(qiáng)，這種增強(qiáng)的效率在高光強(qiáng)、高溫等逆境條件下尤為顯著。
經(jīng)過連續(xù)幾代的系統(tǒng)選育，焦德茂主持的課題組篩選出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的穩(wěn)定的高光效基因水稻種質(zhì)材料。實驗表明，這種種質(zhì)材料在高溫高光條件下耐光抑制，對強(qiáng)光有較強(qiáng)的利用力和較高的光合能力，在低溫強(qiáng)光下能抗光氧化，防早衰，光合效率比受體提高了５７％，產(chǎn)量提高１０％到３０％。在獲得這種水稻種質(zhì)材料的基礎(chǔ)上，課題組又利用這種高光效種質(zhì)材料與江蘇優(yōu)質(zhì)粳稻“９５１６”雜交，已得到高光效基因粳稻“９５１６”種質(zhì)材料，其光合效率提高３０％，產(chǎn)量提高２０％。此外，課題合作單位安徽農(nóng)科院水稻所也育成３個株系，展示了高光效生理育種在水稻高產(chǎn)育種上的應(yīng)用前景。
這一研究成果，目前已引起國內(nèi)外專家的關(guān)注。最近，以中科院沈允鋼院士為首的專家組對這一成果進(jìn)行了鑒定，專家們一致認(rèn)為這項成果具有重要的創(chuàng)新性：在理論方面，這一研究在國際上首次比較系統(tǒng)地研究并闡明了轉(zhuǎn)Ｃ４基因水稻的光合特性及作用機(jī)理；在實踐上，這一研究開創(chuàng)了一條提高水稻的光合效率并把光合生理生化機(jī)理、基因工程和常規(guī)育種有機(jī)結(jié)合的新途徑。
安徽省農(nóng)科院名譽(yù)院長李成荃說，今年安徽省部分地區(qū)出現(xiàn)十幾天３９℃以上的高溫，個別品種的雜交稻結(jié)實率急劇下降。轉(zhuǎn)Ｃ４基因水稻光合機(jī)理研究的進(jìn)一步深入，并盡快推出實用技術(shù)，將有效解決超高產(chǎn)水稻在高溫、高強(qiáng)光條件下結(jié)實率不高、籽粒不飽滿的問題。
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