水稻高光效育種面臨的主要問題與技術(shù)進(jìn)展

文/ 湖南郴州市農(nóng)業(yè)科學(xué)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?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，這主要源于我國的專家不斷研究出新的技術(shù)，這些新技術(shù)的運用提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，為全世界的糧食危機(jī)貢獻(xiàn)了力量，本文主要探討水稻高光效育種這種新技術(shù)所面臨的問題及其技術(shù)發(fā)展。

高光效育種是一種現(xiàn)代育種的新型技術(shù)，這種技術(shù)是在光合生理研究和提高光能利用率技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于這項技術(shù)意義重大所以高光效育種技術(shù)受到了當(dāng)代作物生理學(xué)家和育種學(xué)家的高度關(guān)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(guān)注的熱點問題，本文將對這一方面做進(jìn)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(shù)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(qiáng)大的光合器官，大大的促進(jìn)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(jié)構(gòu)上的高光效和生理功能上的高光效進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)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(dāng)前的鑒定體系就是運用“同室效應(yīng)”原理來進(jìn)行低CO2 補(bǔ)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(qiáng)、溫度等的反應(yīng)和表現(xiàn)。但是當(dāng)前在育種實踐的過程中，高光效品種的生態(tài)適應(yīng)性越來越重要，所以建議利用光合分析儀、葉綠素?zé)晒獾燃夹g(shù)去測定，高光效品種在各種環(huán)境下的飽和光強(qiáng)、量子效率、CO2補(bǔ)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(cè)重于光合速率在其子代中的遺傳效應(yīng)， 卻忽略了它的光合性狀遺傳效應(yīng)，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(guān)系等等這方面的研究都沒有得到應(yīng)有的重視。所以，一定要用現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)加強(qiáng)對水稻光合形狀遺傳效應(yīng)做深入研究，真正的改善光效遺傳的基礎(chǔ)，這將為形成科學(xué)的高光效生理育種理論體系奠定堅實的基礎(chǔ)。

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(jìn)行完整的C4 光合作用， 務(wù)必要設(shè)計表達(dá)最少2種C4 光合酶的品系。而對于已經(jīng)成功地表達(dá)了的PERC活性和PPDK活性的性狀轉(zhuǎn)化水稻，應(yīng)該把它培育成有多種光合酶的轉(zhuǎn)基因C3植物，使其最后能夠成功的導(dǎo)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(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展

當(dāng)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(jìn)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(chǔ)進(jìn)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(shù)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(shù)，對這項新技術(shù)具有自主的知識產(chǎn)權(quán)。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(jìn)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(jìn)行了交換， 這就足以表明離子注入生物體的效應(yīng)特點是有別于輻射生物學(xué)效應(yīng)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(xué)的原理在誘變育種上得到了廣泛應(yīng)用，所以這項具有非常意義的離子注入誘變育種新技術(shù)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(jī)理進(jìn)行深層次的研究并廣泛的使用了相對應(yīng)的分析技術(shù)，勢必能夠構(gòu)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(dāng)前世界人口還在不斷增加所帶來的糧食危機(jī)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(jī)，這也正是作物育種學(xué)家們努力要實現(xiàn)的目標(biāo)。相信隨著科技的進(jìn)步和不斷深入的研究， 未來高光效育種會更加完善。