C4光合pepc基因转化水稻和小麦研究进展

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)作为C4途径的关键酶,一直是水稻、小麦转基因研究的热点.综述了PEPC基因工程现状,着重介绍了转C4光合pepc基因水稻、小麦的光合生理特性及高光效育种最新进展;并指出转基因高光效育种的分子作用机理尚需深入研究,有价值高光效种质有待进一步创制;将转基因高光效育种和常规育种相结合,开展水稻、小麦分子聚合育种,是培育优质、高产、多抗水稻、小麦新品种的有效途径.     

油菜高光效育种的思路、方法与选育效果

"高光效+杂种优势"是提高油菜产量水平的有效途径,也是新时期油菜高产育种的重要内容,针对油菜光合特性复杂,研究难度大,高光效育种尚处于起步阶段的研究现状,在分析油菜光合效率较低、影响产量水平提高、开展油菜高光效育种的难点等基础上,结合多年油菜光合生理研究和高光效育种工作经验,从油菜高光效育种的总体思路、油菜高光效种质的筛选及创建途径、油菜高光效杂交种的选育标准和方法等几个方面对油菜高光效育种进行探讨,以期推动油菜高光效育种研究工作的发展。     

新疆短命植物东方旱麦草和独行菜C4相关结构的初步研究

短命植物的快速生长及高光效特性使它们能在早春萌发后较短时间内完成生活史并获得大量种子.为探讨高光效产生的内在原因,研究利用树脂半超薄与超薄切片技术对东方旱麦草和独行菜叶片显微及超微结构进行观察,并对维管束相关参数进行了统计分析,结果显示:(1)东方旱麦草显微结构具有类"花环"结构,维管束密度介于C3、C4对照之间,鞘细胞中的叶绿体多数离心分布且数量接近C4植物;超微结构显示其鞘细胞叶绿体的基粒与片层结构与叶肉细胞不同,但又与C4植物存在一定差异.(2)独行菜维管束有类"花环"结构,维管束密度大于C3对照并存在极显著差异,鞘细胞中叶绿体多数离心分布;超微结构显示叶绿体基粒与片层没有叶肉细胞发达.以上研究结果初步说明东方旱麦草和独行菜的解剖结构特点均介于C3、C4植物之间而接近C4植物.     

油菜高光效育种的难点及解决策略

为了促进油菜高光效育种的研究进展,在剖析油菜高光效育种的难点、研究缺陷及有利条件的基础上,根据油菜超高产育种目标和生产实际需求,提出以下解决思路与方法:通过多途径创制甘蓝型油菜种质资源,拓宽高光效种质的筛选范围;建立综合鉴定指标体系,对高光效种质进行鉴定和定向改良,增加高光效种质的实用效率;构建油菜高光效结构指标体系,提高群体光合效能;多途径利用杂种优势,建立快速、高效的油菜高光效杂交育种方法体系;开展油菜高光效分子设计育种,提高育种效率;研究和实施油菜高光效栽培技术,促使光合效能的持续、稳定发挥。     

水稻高光效育种研究进展及展望

从高光效育种的提出着手,综述了水稻高光效育种的概念、遗传机制及途径,讨论了其存在的问题,并展望了水稻高光效育种的前景。     

农作物高光效育种技术分析

随着人口的增加,自然环境的恶化,农业越来越受到人们的重视,农作物的高光效育种技术也开始被人们熟知。基于此,从农作物高光效育种技术的概念入手,讲解其基本原理和主要技术途径,并以水稻为例,具体化讲述高光效育种技术,最后介绍高光效作物品种的选择方法。     

植物光呼吸途径及其支路研究进展

[目的]光呼吸是植物重要的代谢途径之一,该过程要消耗大量能量从而降低光合效率,这种效果在C3植物中比C4植物中更明显。抑制光呼吸成为C3植物高光合效率的研究方向之一,为了解光呼吸研究现状。[方法]采用文献综述法对国内外光呼吸研究最新报道进行跟踪。[结果]对光呼吸途径的代谢机制、光呼吸重要生理功能及光呼吸支路最新研究进展做了综述。[结论]一种光呼吸支路的建立对C3植物光合效率提高及产量提高起到较好效果。     

C4光合作用的基因工程研究进展

人们运用C4途径改造C3作物已有很多年的历史,最终通过基因工程手段突破了常规育种的障碍,在多种C4途径关键酶的基因工程研究中获得了成功。随着生物技术的进一步发展,C4基因工程的研究将会取得更大的成绩。     

C3和C4植物中PEPC的生物信息学分析

PEPC是C4光合途径中的关键酶之一,为研究C3和C4植物PEPC功能上的差异,利用一系列的生物信息学软件分别分析了4种C3和C4植物PEPC基因编码蛋白的氨基酸组成、等电点、结构域、二级结构、空间结构等性质,并进行两类植物蛋白质的比对.结果表明,PEPC基因编码蛋白为不稳定蛋白质;二级结构主要是以无规则卷曲为主.同时...     

单叶光合速率与高光效育种

高光效育种是六十年代“株型育种”取得重大成就之后,为了进一步突破现有作物品种的产量水平而正在探索的一个育种新途径。它的着眼点是想在单叶光合效率上挖潜力。所谓单叶光合效率指的是单位叶面积叶片对其所接受到的光能转化成化学能的百分比。而光合速率(photosynthetic rate)则是以CO_2固定值表示其相对高低的一个具体     

Response of Gas Exchange and Water Use Efficiency to Light Intensity and Temperature in Transgenic Rice Expressing PEPC and PPDK Genes

Aiming to controvert whether the photosynthetic capacity of transgenic rice expressing C4 genes is enhanced, with the C3-type untransformed rice （WT） and maize （a C4 plant） as controls, the activity of C4 photosynthetic enzymes, gas exchange parameters and water use efficiency （WUE） under different light intensities and temperatures, the stable carbon isotope ratio （8-3C） value and the metabolic index of active oxygen as well as plant yield parameters were determined in transgenic rice carrying the PEPC and PPDK genes （CK） in this study. The results showed that the light-saturated photosynthetic rate of CK was intermediate between that of WT and maize, with a slight bias towards that of maize. Under a high light intensity （1 200 μmol m^-2 s^-1） and high temperature （35℃）, CK still exhibited higher photosynthetic capacity, while the Gs decreased. The WUE of CK was only slightly increased, and was similar to that of WT. The δ13C value indicated that CK functioned as a C3 plant. In addition, the tolerance to photo-oxidation and grain yield of CK was enhanced by sprayed with NaHSO3. In conclusion, CK possesses higher photosynthetic productivity under the conditions of high photon flux density （PFD）, high temperature and spraying with NaHSO3 solution, thereby providing a new technical approach and physiological basis for constructing C4-like rice.     

C3、C4及CAM植物的光合速率日变化及叶绿素含量的比较

在夏季高温条件下 ,棉花 (C3 植物 )、玉米 (C4植物 )的光合速率日变化曲线均为双峰型 ;落地生根(CAM植物 )的光合速率日变化曲线为单峰型。这 3种植物的叶绿素含量及叶绿素a b的值均不相同 ,其中玉米叶绿素含量及其a b的值均最大 ,棉花叶绿素含量比落地生根的高 ,因此叶绿素含量及其a b值的不同可能是导致其光合速率的差异和光合速率日变化曲线型不同的重要原因。     

不同椰糠配比对巴西蕉生长的影响

以巴西蕉二级组培苗为供试材料,采用盆栽实验,对不同椰糠配比条件下巴西蕉组培苗的生长情况进行研究。结果表明,在红壤土中加入一定比例的椰糠能够明显改善培养基质的理化性质,提高组培苗的生长效率;椰糠比例较高的基质配比,其组培苗叶片光合效率、株高、根长、根表面积、根系投影面积、根体积、总根尖数、分枝和交叉数更优。综合比较4种培养基质对巴西蕉组培苗的生长效果,当椰糠与红壤土体积比为1∶1时,组培苗的农艺性状和光合效率最优,是巴西蕉组培苗生长的最佳基质配比。     

黄淮麦区小麦品种的高产潜力与实现途径

黄淮麦区是中国冬小麦的主产区和高产区,对中国小麦生产以及国家粮食安全起着重要作用。针对中国人多、地少的基本国情,以及耕地资源非农化、耕地利用非粮化的发展现状,指出未来提高小麦总产的根本出路在于提高单产。要充分挖掘小麦高产潜力,培育高产品种是进一步提高单产的重要途径。文章根据黄淮麦区的生产条件及生态特点,分析不同时期高产品种产量结构的发展变化趋势,指出在大田条件下实现小麦高产潜力,千粒重与穗粒数并重是小麦新品种的发展方向。并从机械化生产对品种的要求出发,探讨了黄淮麦区小麦高产品种的高产空间与创育思路,提出进一步挖掘黄淮麦区小麦品种高产潜力的有效途径:(1)小麦高产潜力的实现,应重新认识和定位穗光合在产量形成中的作用,要充分挖掘和利用穗器官的光合优势,培育穗叶高光效品种。小麦穗器官除具有空间优势外,其光合特点类似于C4途径或介于C3—C4中间型,籽粒呼吸释放的CO2能被穗光合再次固定。鉴于穗光合对籽粒产量形成的较大贡献,应强化绿穗灌浆特性,发挥穗器官的光合优势,提升穗粒重。(2)提高单产水平,必须注重群体生物产量的提高。在保持现有收获指数基本不变的情况下,提高茎秆强度,实现植株高大化、密植化,能有效改善群体穗叶空间结构。通过调节生长发育节律,培育小叶、壮秆、大穗型新品种,实现小麦高生物产量。高生物产量品种还应拉开穗层,使穗层由一层增至三层,能有效提高单位面积容穗数。(3)小麦杂种优势利用已日趋成熟,有效利用杂种优势是今后挖掘高产潜力的重要途径。利用杂种优势挖掘高产潜力需同时兼顾品质性状的优化,充分考虑多个品质性状间的协调稳定。可通过多穗大穗实现高产,通过提高强势小花结实比例稳定品质,从而实现高产与优质并重发展。挖掘小麦产量潜力是一个长期的动态过程。文章旨在通过协调各种产量形成影响因素,最大限度地挖掘黄淮麦区小麦的高产潜力,为中国黄淮麦区的小麦高产育种实践提供思路和方法借鉴。     

玉米高光效基因ppdk的克隆及其生物信息学分析

[目的]获得玉米(Zea mays)的丙酮酸磷酸双激酶基因(以下简称ppdk),并对其进行生物信息学分析.[方法]使用Trizol提取玉米SC704的总RNA,并用特异引物对其进行RT-PCR扩增,将得到的cDNA片段连接到pGEM-T载体后转化大肠杆菌DH5α,然后对阳性克隆进行测序,并对序列进行生物信息学分析.[结果]获得的玉米PPDK基因CDS全长2781bp,与玉米z561ppdk基因同源性为99;;其编码的多肽链包含926个氨基酸,与玉米PPDK同源性为97;.[结论]克隆了玉米C4型丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)基因,它所编码的氨基酸序列具备PPDK蛋白的保守序列和催化活性中心区域.该基因的成功克隆为今后利用其改造C3植物的光合效率以提高粮食单产奠定了良好的基础.     

不同补光位置下草莓光合特性、光能和电能利用效率研究

以草莓为试验材料,激光植物生长灯(光质组成红∶蓝=7∶1)为光源,研究了日光温室不同补光位置(顶端补光C1、水平补光C2、不补光CK)对其光合特性、光能利用效率和电能利用效率的影响。结果表明:①C1、C2与CK相比显著提高植株长势,C1处理下植株的根部发育更好。②通过阴天加密观测温室内各处理由北向南(I～V)植株叶片的光合特性发现,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO_2浓度的南北差值均为CK最大,C2最小。③通过阴天下测量各处理植株10:00和14:00的叶片叶绿素荧光参数发现,F_v/F_m和F_v/F_o两个值均以C2最高,CK最低;非光化学淬灭以CK最大,C2最小。④各处理草莓果实光能利用效率在果实成熟过程中整体为先下降后上升然后再下降的趋势,在花后21 d达到最大;各处理电能利用效率变化趋势与光能利用效率相同,在花后14 d达到最大;生产单位质量草莓果实所需的光量子数以CK(4.905)最多,C1(3.171)最少;C1和C2生产单位质量草莓果实消耗的电能分别为8.207和8.507 kJ·g~(-1)。⑤C1和C2处理下草莓果实的单果重、产量、糖、酸及VC等指标均优于CK。     

山东半岛海岸前沿4种草本植物光合性能及资源利用效率比较

为了解海岸前沿草带不同草本植物光合性能和资源利用效率的差异性,采用TPS-2光合系统测定烟台海岸前沿草带4种草本植物砂引草、筛草、肾叶打碗花和狗牙根的光合性能指标,以及碳素利用效率、光合氮利用效率和灰分含量等,并用隶属函数法综合评定4种草本植物的资源利用效率综合指数。结果表明,4种草本植物的光饱和点都较高,均适宜在较强光照条件下生长,其中以狗牙根的光合能力最强、砂引草最弱。同时,狗牙根和筛草具有较高的光能利用效率和水分利用效率,狗牙根还有较高的叶片碳利用效率和光合氮利用效率,矿质元素利用效率则是砂引草和肾叶打碗花显著高于狗牙根和筛草。综合分析表明,4种草本植物的资源利用效率综合指数排序从高到低为:狗牙根、筛草、肾叶打碗花和砂引草。     

转C_4基因水稻的生理表现

以C3水稻原种(WT)和C4玉米为材料,研究了转PEPC+PPDK+ME基因水稻(PKM)的C4光合酶活性、不同光温条件下光合参数和水分利用效率、活性氧代谢等指标。结果表明,PKM水稻饱和光合速率介于WT和C4玉米之间,稍偏向玉米,而水分利用效率与WT接近。由于玉米C4基因的导入,PKM水稻高表达了相关的C4光合酶。在高光和高温条件下,PKM水稻光合速率比原种提高55%以上。另外,虽然PKM水稻光合速率增加,但蒸腾速率亦升高,因此PKM水稻的水分利用效率略有增加,偏向原种。在光氧化条件下,PKM水稻耐光氧化能力进一步增强。