水稻的高光效分子育种

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1、专论与研究2009年第5期水稻的高光效分子育种1，211朱观林郭龙彪钱前（1中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室，浙江杭州311401；2扬州大学农学院，江苏扬州225009）摘要：高光效株型和生理育种是水稻分子育种的一大方向。虽然，水稻干物质产量的90%~95%来自光合作用，但其光能利用率却只有1.5％~2.0％，而理论上，水稻理想的光能利用率应达到3.0％~5.0％。因此，通过提高水稻光能利用率来增加产量蕴藏着巨大的潜力，也是最经济有效的途径。本文综述了水稻高光效分子育种的原理和主要途径及水稻高光效遗传育种研究的国内外最新进展。关键词

2、：水稻；高光效；分子育种；C3植物；C4植物；转基因水稻是世界上最重要的粮食作物之一。从光合作挖掘，这也是为什么能够进行高光效分子育种的科学用的角度来研究水稻超高产，挖掘水稻高产潜力一直依据。因此，高光效育种是改进植物整体光合能力，提[1]是农业科研工作者追求的目标。为此，超级常规稻育高其光能利用率的有效途径。种和杂交水稻超高产育种，都把提高光能利用率作为2高光效育种的发展历程新品种、新组合选育的重要目标。近年来，作为单子叶作物的模式植物水稻其基因组的测序已完成，80多个水稻作为重要的粮食作物。生理、栽培、育种、遗水稻突变体基因，其中有株型

3、和叶型等高光效相关基传、营养等方面的专家都非常重视高光效育种。Watson因，已被克隆或鉴定，这标志着水稻科学的研究开始进于20世纪40年代提出影响作物产量的主要因素是叶[2-3]入“功能基因组时代”，使水稻高光效分子育种技术面积的大小，而品种间光合效率差异并不大，与产量的不仅可能，而且有效，必将在未来水稻育种中扮演重要关系也不很密切，因此叶面积的研究是当时人们所关角色。心的热点。但自20世纪50年代以来，红外线CO2分析仪应用于光合作用的测定，加深了人们对作物光合效1为何要进行水稻高光效分子育种率的认识，发现了在不同作物以及同一作物不同品

4、种光能利用率是指太阳光中的能量被植物进行光合之间，光合途径及光合效率存在差异而且有的差异还作用时转化成化学能而贮存于光合产物中的百分率。很大，从而提出光合效率是决定产量的一个重要因素，植物利用太阳能的效率相当低，据统计，地球上所有的从此逐渐形成高光效育种的思路。到20世纪60年代植物通过光合作用所利用的光能，整体平均不超过初，光呼吸及C4途径的发现，促进了育种工作者对光0.1％。太阳光能中真正被转化为农作物各类物质的能合机制的认识，并于60年代末开始了以高光合效率为[4]量不到转变为生物量的太阳能的5.0％。水稻光能利主要目标的育种尝试。B

5、onner认为通过育种及作物栽用率不高的原因主要有四个方面：（1）漏光，主要是苗培手段来提高光合效率，是增加作物产量很有希望的期个体小，捕获光能的面积小所致；（2）反光，地面和途径。武田从群体光合作用组成因素的角度出发，把农叶片的反光；（3）遮光，后期个体充分发育后，大群体叶作物产量的提高设想为三个阶段：第一阶段主要靠扩层之间相互遮光；（4）生理原因，稻株的光合及转化能大群体叶面积，第二阶段主要靠改良株型，第三阶段则力的影响限制了光能的充分利用。可见农作物产量的主要靠提高单叶光合速率。换言之，通过叶器官的改造[5]形成主要与光合面积、光合能

6、力、光合时间、呼吸消耗可以提高作物产量。1976年，Moss提出高光效育种的和经济系数等因素有关。利用现代分子生物学技术，培两个途径：一是在高CO2补偿点的植物中筛选低补偿育有高光合能力、低呼吸消耗、光合机能保持时间长、点的变异植株，二是在物种内品种间进行光合效率的叶面积控制适当，株型与长势长相均理想的水稻品种，筛选，从而掀起了国内外在这两个途径上的研究热潮。就成为经济而有效地利用太阳光能，提高水稻产量最为有效的途径。水稻的光合生产力尚有巨大的潜力可收稿日期：2009－05－11··5朱观林等：水稻的高光效分子育种2009年第5期随着光合作

7、用基础理论研究的深入，人们认为C3植物进行高光效育种，后者是从生理生化功能上进行高光为低光合效率的植物，而C4植物光呼吸消耗低。光合效育种，只有两者紧密结合，相辅相成，才有可能选育效率高而被认为高光合效率植物，从而围绕着在C3植成功高光效品种。要想卓有成效地成功选育高光效水物中选择C4类型变异植株或导入C4光合特征的高光稻品种，还必须根据不同水稻优良品种应具备的高光效育种工作，展开了各种途径的探索。在20世纪70年效生理生化指标，制定切实可行的高光合性状的选择代到80年代间，日本大野联合美国McDonald，以及我指标与鉴定指标。国广东省农

8、业科学院水稻研究所高光效育种组、贵州3.1借助分子遗传学和分子标记手段选育高光效株省农业科学院和中国农业科学院作物栽培与育种研究型所、中国水稻研究所等在水稻高光效育种方面相继开3