水稻高光效育種面臨的主要問題與技術進展

文/ 湖南郴州市農(nóng)業(yè)科學研究所 歐陽禛

我國是一個人口大國，同時也是一個農(nóng)業(yè)大國，對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和消耗都很大，同時我國還是一個農(nóng)產(chǎn)品出口的大國。科技是第一生產(chǎn)力，這主要源于我國的專家不斷研究出新的技術，這些新技術的運用提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，為全世界的糧食危機貢獻了力量，本文主要探討水稻高光效育種這種新技術所面臨的問題及其技術發(fā)展。

高光效育種是一種現(xiàn)代育種的新型技術，這種技術是在光合生理研究和提高光能利用率技術的基礎上發(fā)展起來的，由于這項技術意義重大所以高光效育種技術受到了當代作物生理學家和育種學家的高度關注和重視，目前，通過提高作物的光合作用來提高作物的整體產(chǎn)量，是國際光合作用研究關注的熱點問題，本文將對這一方面做進一步的研究。

一.水稻高光效育種的概念

水稻的高光效育種大大的提高了水稻的光合效率，也就提高了水稻的整體產(chǎn)量，而水稻的高光效育種是怎樣實現(xiàn)的呢？簡單來說它主要是通過雜交、人工誘變或者利用基因的工程技術等手段來實現(xiàn)的。可以說高光效育種既繼承了傳統(tǒng)育種的優(yōu)勢和成就，同時又擁有了自身強大的光合器官，大大的促進了農(nóng)作物的光合作用，從而提高了農(nóng)作物對光能的利用率，提高了水稻的產(chǎn)量。高光效育種也就是把其形態(tài)結構上的高光效和生理功能上的高光效進行了有機的結合，揚長避短綜合了它所有的優(yōu)良性狀，不僅對自身的抗逆性、抗病性有了大幅度的提高，而且將培育出大幅度增產(chǎn)的高光效水稻品種。

二.高光育種面臨的主要問題

1.有很多的功能因子只是從某一角度反映某一部分的光合狀態(tài)， 所以難免對有些單一因子的評價不夠全面和客觀。例如：當前的鑒定體系就是運用“同室效應”原理來進行低CO2 補償點的高光效品種篩選，很顯然這種方法不能夠客觀的反映出該品種對光強、溫度等的反應和表現(xiàn)。但是當前在育種實踐的過程中，高光效品種的生態(tài)適應性越來越重要，所以建議利用光合分析儀、葉綠素熒光等技術去測定，高光效品種在各種環(huán)境下的飽和光強、量子效率、CO2補償點等參數(shù)， 并用所測得的這些數(shù)據(jù)來全面鑒定高光效品種。

2.目前，對光合功能性狀的遺傳性還沒有比較深入和系統(tǒng)的研究， 特別是以前的雜交育種，往往由于比較側重于光合速率在其子代中的遺傳效應， 卻忽略了它的光合性狀遺傳效應，比如：對葉綠素的含量、光合功能期、量子產(chǎn)率等遺傳力、配合力和親子之間關系等等這方面的研究都沒有得到應有的重視。所以，一定要用現(xiàn)代的先進技術加強對水稻光合形狀遺傳效應做深入研究，真正的改善光效遺傳的基礎，這將為形成科學的高光效生理育種理論體系奠定堅實的基礎。

3.對C3 植物中的C4 光合酶的引入相對單一而且C4 循環(huán)途徑存在不完整性，如果要使水稻進行完整的C4 光合作用， 務必要設計表達最少2種C4 光合酶的品系。而對于已經(jīng)成功地表達了的PERC活性和PPDK活性的性狀轉化水稻，應該把它培育成有多種光合酶的轉基因C3植物，使其最后能夠成功的導入到完整的C4 光合作用中，從而使C3 光合性能得到徹底的改變，但是一定要充分的考慮有些酶的活性很可能會受到底物或者協(xié)同因素的作用，而降低活性。

三.水稻高光效育種技術的研究與應用進展

當前， 水稻品種對太陽光能的利用率很低，不能夠充分的利用太陽能進行光合作用，高產(chǎn)的水稻對太陽能的利用率僅在1.0 % -2.0%， 即使是非常理想的高產(chǎn)水稻品種對太陽光能的利用率也不會超過5%，這表明在通過提高作物光合作用而提高產(chǎn)量上有非常大的空間。近幾十年來， 我國的水稻育種專家以原有育種為基礎進行多方面的研究和探索，一直致力于選育出光合效率高的品種。

四.采用離子注入技術選育高光效作物品種

我國的專家經(jīng)過多年的探索、實踐和科研，成功的研究出了離子注入技術，對這項新技術具有自主的知識產(chǎn)權。專家們在研究等離子體時發(fā)現(xiàn)， 在低能離子和生物物質(zhì)進行相互作用的時候， 整個過程中不僅發(fā)現(xiàn)有能量的沉積和傳遞， 而且還發(fā)現(xiàn)了離子注入和電荷之間也進行了交換， 這就足以表明離子注入生物體的效應特點是有別于輻射生物學效應特點的。在研究過程中，專家發(fā)現(xiàn)將離子束作用在農(nóng)作物種子上的時候， 所產(chǎn)生的一系列現(xiàn)象都非常容易產(chǎn)生有利的變異，因為在離子束作用到種子時，會引起的生理損傷不大， 而且突變頻率高， 突變譜也變廣。這也使低能離子生物學的原理在誘變育種上得到了廣泛應用，所以這項具有非常意義的離子注入誘變育種新技術便在我國誕生了。

總的來說，水稻的高光效育種能夠?qū)崿F(xiàn)水稻的超高產(chǎn)。那么通過對光合作用機理進行深層次的研究并廣泛的使用了相對應的分析技術，勢必能夠構建一套簡單、方便、高效的鑒定評價系統(tǒng)， 必然會提高育種效率， 改善育種的水平。另外，當前世界人口還在不斷增加所帶來的糧食危機不容忽視， 這也是一個亟待解決的問題。那么如果能利用基因工程手段提高農(nóng)作物的生產(chǎn)產(chǎn)量， 將能根本性的解決這一全球性的危機，這也正是作物育種學家們努力要實現(xiàn)的目標。相信隨著科技的進步和不斷深入的研究， 未來高光效育種會更加完善。