水稻高光效育种面临的主要问题与技术进展

文/ 湖南郴州市农业科学研究所 欧阳禛

我国是一个人口大国，同时也是一个农业大国，对农产品的生产和消耗都很大，同时我国还是一个农产品出口的大国。科技是第一生产力，这主要源于我国的专家不断研究出新的技术，这些新技术的运用提高了农作物的产量，为全世界的粮食危机贡献了力量，本文主要探讨水稻高光效育种这种新技术所面临的问题及其技术发展。

高光效育种是一种现代育种的新型技术，这种技术是在光合生理研究和提高光能利用率技术的基础上发展起来的，由于这项技术意义重大所以高光效育种技术受到了当代作物生理学家和育种学家的高度关注和重视，目前，通过提高作物的光合作用来提高作物的整体产量，是国际光合作用研究关注的热点问题，本文将对这一方面做进一步的研究。

一.水稻高光效育种的概念

水稻的高光效育种大大的提高了水稻的光合效率，也就提高了水稻的整体产量，而水稻的高光效育种是怎样实现的呢？简单来说它主要是通过杂交、人工诱变或者利用基因的工程技术等手段来实现的。可以说高光效育种既继承了传统育种的优势和成就，同时又拥有了自身强大的光合器官，大大的促进了农作物的光合作用，从而提高了农作物对光能的利用率，提高了水稻的产量。高光效育种也就是把其形态结构上的高光效和生理功能上的高光效进行了有机的结合，扬长避短综合了它所有的优良性状，不仅对自身的抗逆性、抗病性有了大幅度的提高，而且将培育出大幅度增产的高光效水稻品种。

二.高光育种面临的主要问题

1.有很多的功能因子只是从某一角度反映某一部分的光合状态， 所以难免对有些单一因子的评价不够全面和客观。例如：当前的鉴定体系就是运用“同室效应”原理来进行低CO2 补偿点的高光效品种筛选，很显然这种方法不能够客观的反映出该品种对光强、温度等的反应和表现。但是当前在育种实践的过程中，高光效品种的生态适应性越来越重要，所以建议利用光合分析仪、叶绿素荧光等技术去测定，高光效品种在各种环境下的饱和光强、量子效率、CO2补偿点等参数， 并用所测得的这些数据来全面鉴定高光效品种。

2.目前，对光合功能性状的遗传性还没有比较深入和系统的研究， 特别是以前的杂交育种，往往由于比较侧重于光合速率在其子代中的遗传效应， 却忽略了它的光合性状遗传效应，比如：对叶绿素的含量、光合功能期、量子产率等遗传力、配合力和亲子之间关系等等这方面的研究都没有得到应有的重视。所以，一定要用现代的先进技术加强对水稻光合形状遗传效应做深入研究，真正的改善光效遗传的基础，这将为形成科学的高光效生理育种理论体系奠定坚实的基础。

3.对C3 植物中的C4 光合酶的引入相对单一而且C4 循环途径存在不完整性，如果要使水稻进行完整的C4 光合作用， 务必要设计表达最少2种C4 光合酶的品系。而对于已经成功地表达了的PERC活性和PPDK活性的性状转化水稻，应该把它培育成有多种光合酶的转基因C3植物，使其最后能够成功的导入到完整的C4 光合作用中，从而使C3 光合性能得到彻底的改变，但是一定要充分的考虑有些酶的活性很可能会受到底物或者协同因素的作用，而降低活性。

三.水稻高光效育种技术的研究与应用进展

当前， 水稻品种对太阳光能的利用率很低，不能够充分的利用太阳能进行光合作用，高产的水稻对太阳能的利用率仅在1.0 % -2.0%， 即使是非常理想的高产水稻品种对太阳光能的利用率也不会超过5%，这表明在通过提高作物光合作用而提高产量上有非常大的空间。近几十年来， 我国的水稻育种专家以原有育种为基础进行多方面的研究和探索，一直致力于选育出光合效率高的品种。

四.采用离子注入技术选育高光效作物品种

我国的专家经过多年的探索、实践和科研，成功的研究出了离子注入技术，对这项新技术具有自主的知识产权。专家们在研究等离子体时发现， 在低能离子和生物物质进行相互作用的时候， 整个过程中不仅发现有能量的沉积和传递， 而且还发现了离子注入和电荷之间也进行了交换， 这就足以表明离子注入生物体的效应特点是有别于辐射生物学效应特点的。在研究过程中，专家发现将离子束作用在农作物种子上的时候， 所产生的一系列现象都非常容易产生有利的变异，因为在离子束作用到种子时，会引起的生理损伤不大， 而且突变频率高， 突变谱也变广。这也使低能离子生物学的原理在诱变育种上得到了广泛应用，所以这项具有非常意义的离子注入诱变育种新技术便在我国诞生了。

总的来说，水稻的高光效育种能够实现水稻的超高产。那么通过对光合作用机理进行深层次的研究并广泛的使用了相对应的分析技术，势必能够构建一套简单、方便、高效的鉴定评价系统， 必然会提高育种效率， 改善育种的水平。另外，当前世界人口还在不断增加所带来的粮食危机不容忽视， 这也是一个亟待解决的问题。那么如果能利用基因工程手段提高农作物的生产产量， 将能根本性的解决这一全球性的危机，这也正是作物育种学家们努力要实现的目标。相信随着科技的进步和不断深入的研究， 未来高光效育种会更加完善。