C4高效光合基因在C3植物中的应用研究进展

高等植物按C的同化反应不同可分为C3、C4和CAM途径。C4植物在长期的进化过程中形成了特有的高效光合基因,使得C4植物在高光强、高温和高氧分压条件下具有较C3植物更高的光合速率。利用转基因技术,将C4高光效基因导入C3植物,提高作物产量,是世界主要农作物育种研究的一个热点。本文综述了C4碳同化途径的特点及其在农作物改良中的应用,并介绍了C4高光效基因对转基因C3植物生理生化和光合作用的影响,探讨了向C3植物中转入C4高光效基因的可能性。     

转C4光合基因水稻及其在育种中的应用

按光合作用途径可将植物分为C3植物、C4植物和CAM植物,由于C4植物在高光强、高温和高氧分压的条件下,比C3植物具有较高的光合效率,作物生理和育种学家就试图用C4光合途径改造C3作物,以提高主要农作物如稻、麦和大豆等光合生产力,但通过常规杂交的方法难以奏效。近年来,随着分子生物学的兴起和植物转基因技术的快速发展,许多与C4光合作用途径相关的关键酶PEPC、NADP-苹果酸(NADP—ME)和PPDK等一系列基因已从玉米、高粱和苋菜等C4植物中被克隆,对这些基因启动子序列分离、重组、转化及表达的研究,发现它们可以在C3植物中驱动外源基因并进行组织特异性表达,而且一系列C4型光合基因导入C3植物的成功报道。特别是获得高表达的转C4光合基因水稻,表现光合能力和种子产量显著提高,而且在光逆境的条件下,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性提高,从而有效地清除活性氧分子,表现耐光抑制(氧化)等。目前利用转C4光合基因水稻的育种研究也取得了重要进展,培育出携带C4光合基因的高光效水稻株系,在遗传上证明了常规育种和生物技术结合可以将转C4光合基因水稻中高表达的C4光合基因遗传给后代,获得高光效的超级稻,最后提出了本研究中尚需深入研究的问题。     

作物高光效种质筛选的研究进展

为促进作物高光效育种的研究进程,以筛选高光效种质为切入点,从高光效种质筛选标准的形成、筛选指标体系、技术与方法、获得途径、在育种中的应用等方面对大豆、水稻、小麦等11种作物的高光效种质的研究现状进行了综述,在剖析目前高光效种质筛选研究缺陷的基础上,结合本研究团队多年的工作基础和经验,提出了开展作物高光效种质筛选研提出了今后应加强的方法与措施。     

油菜光合生理研究及高光效育种探析

为了推动油菜高光效育种工作的进展,实现以“高光效 杂优利用”途径来突破油菜30多年来产量水平长期徘徊不前的的局面,总结了大豆、小麦、水稻等作物光合生理和高光效育种工作进展,结合本研究团队10多年对油菜进行光合生理和高光效育种研究的工作基础,以作物光合性状的遗传规律、影响光合效率的相关生理指标、提高光合效率的方法途径为切入点,提出了开展油菜光合生理研究应开展的相关基础研究、高光效种质筛选的方法途径和高光效育种的思路和方法。     

油菜光合生理研究及高光效育种研究进展

为了推动油菜高光效育种工作的进展,实现以"高光效+杂优利用"途径来突破油菜30多年来产量水平长期徘徊不前的局面,总结了大豆、小麦、水稻等作物光合生理和高光效育种工作进展,结合本研究团队10多年对油菜进行光合生理和高光效育种研究的工作基础,以作物光合性状的遗传规律、影响光合效率的相关生理指标、提高光合效率的方法途径为切入点,提出了开展油菜光合生理研究应开展的相关基础研究、高光效种质筛选的方法途径和高光效育种的思路和方法。     

作物高光效之管见

光合作用提供了作物产量形成的物质基础。目前作物的叶面积指数和经济系数已难以继续增加,若想进一步提高作物产量就必须提高生物量,提高作物光能利用率成为关键。作物高光效是一个内涵和外延非常广的概念,涉及作物生命活动的全过程,与众多学科相联系,不同学科有着不同的理解。作者根据现有的研究进展,结合从事作物生理、育种和栽培的实践,从光合作用的主要过程及关键调控位点、作物光能利用率、高光效作物的生理基础与形态特征和高光效作物的筛选与鉴定对"作物高光效"进行了概述,以期为今后的作物"高光效"研究提供一点有益的思考与借鉴。     

植物基因工程在作物育种中的应用与展望

从抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆以及品质改良、改善发育状况、提高光合作用和固氮效率等方面论述了基因工程在作物育种中的具体应用和进展,阐述了基因工程改良作物品种的方法和优点。通过植物基因工程获得的转基因作物主要有大豆、玉米、棉花、油菜和烟草,并开始大面积应用于农业生产,取了得较好的经济效益、社会效益和环境效益。分析了植物基因工程在作物育种中广阔前景,有望培育出高产优质、集高光效、抗虫、抗病、抗除草剂和抗逆等特性于一体的作物新品种。解决了人类所面临的资源短缺、环境恶化和效益衰退的三大难题,为农业的持续、稳定发展提供了有力保障。     

高光效、耐弱光甘薯研究进展

对目前国内外高光效、耐弱光甘薯的研究进展进行了综述，旨在为高光效、耐弱光甘薯品种的选育提供一定理论指导。研究从4个方面进行阐述：（1）高光效、耐弱光种质特性；（2）弱光对甘薯农艺性状、光合特性、逆境酶活性与渗透调节物质、块根产量及品质的影响；（3）高光效甘薯种质筛选及甘薯耐荫性评价方法研究进展；（4）高光效、耐弱光甘薯育种研究进展。并对未来的研究方向做出展望，建议科技工作者致力于高光效、耐弱光甘薯品种的选育工作，制定育种目标，改进育种方法，以适应现代化甘薯产业机械化和高产需求。     

油菜高光效种质综合鉴选指标体系与方法

高光效种质是开展作物高光效育种的基础。在剖析油菜高光效种质筛选要求、面临困难、研究缺陷的基础上,针对油菜超高产育种目标和生产实际需求,构建出油菜高光效的综合筛选指标体系和方法,对油菜种质进行数量化综合评价,并开展定向选育和杂交改良。在实际应用中取得良好效果,获得一批油菜高光效种质,为利用“高光效+杂种优势”途径开展油菜高光效育种奠定了物质基础。     

回交在转基因作物育种中的应用

阐述了回交在转基因作物育种中应用的必要性、基本原理与方法程序,介绍了对回交后代材料进行鉴定、筛选的技术,分析了转基因作物回交育种中存在的“产量阻碍”和“产量滞后”问题,并对转基因作物品种的基因累积技术进行了探讨。本文可为基因工程技术与常规育种技术的进一步有机结合提供理论参考,对转基因作物育种具有一定的指导意义。