據新華社信息南京１２月１０日電（記者湯澗）由江蘇省農業科學院研究員焦德茂主持的國家重點基礎研究課題組，運用植物光合機理，成功地將玉米高光合效率基因ＰＥＰＣ導入水稻，獲得４個具有高光效特性的水稻新株系，其中一個小面積產量比對照面積提高了２０％左右。國內一些水稻研究專家認為，這一研究開辟了我國水稻生理育種的新途徑，可望培育出新一代穩定高產的超級稻。
通過提高農作物的光合作用來提高產量水平，一直是國際光合和育種專家關注的前沿學科問題。１９９７年，世界著名植物光合作用研究專家、美國華盛頓州立大學教授古森本，將玉米高光效基因轉入水稻并獲得高表達的實驗成功，為提高水稻的光合能力展示了可能。但是古森本認為，玉米高光效基因導入水稻后，使得水稻氣孔放大，吸進二氧化碳的能力增強。焦德茂主持的課題組則首次比較系統地闡明了玉米高光效基因導入水稻以后增強光合作用的機理。
據介紹，按進行光合作用途徑的不同，植物分為Ｃ４（碳４）、Ｃ３（碳３）等類型。水稻是Ｃ３植物，在高溫、強光下容易產生光抑制，光合作用減弱。與Ｃ３植物相比，玉米等Ｃ４植物具有更高的光合效率，而且在強光、高溫、低溫等逆境條件下有較好的防御反應，能保持較高的光合作用。因此，如何把Ｃ３植物改造成Ｃ４植物是科學家長期的夢想。從１９９７年開始，江蘇省農科院研究員焦德茂主持的課題組，通過對不同轉玉米高光效基因水稻材料進行比較，證明來自Ｃ４植物中的高光效基因ＰＥＰＣ是提高光合效率的關鍵基因，Ｃ４光合途徑在水稻中原本微弱的存在，但在一般情況下不起作用，將玉米高光效基因導入水稻后，不是因為氣孔放大使水稻吸收二氧化碳的能力增強，而是使水稻本身的Ｃ４光合能力增強，這種增強的效率在高光強、高溫等逆境條件下尤為顯著。
經過連續幾代的系統選育，焦德茂主持的課題組篩選出具有自主知識產權的穩定的高光效基因水稻種質材料。實驗表明，這種種質材料在高溫高光條件下耐光抑制，對強光有較強的利用力和較高的光合能力，在低溫強光下能抗光氧化，防早衰，光合效率比受體提高了５７％，產量提高１０％到３０％。在獲得這種水稻種質材料的基礎上，課題組又利用這種高光效種質材料與江蘇優質粳稻“９５１６”雜交，已得到高光效基因粳稻“９５１６”種質材料，其光合效率提高３０％，產量提高２０％。此外，課題合作單位安徽農科院水稻所也育成３個株系，展示了高光效生理育種在水稻高產育種上的應用前景。
這一研究成果，目前已引起國內外專家的關注。最近，以中科院沈允鋼院士為首的專家組對這一成果進行了鑒定，專家們一致認為這項成果具有重要的創新性：在理論方面，這一研究在國際上首次比較系統地研究并闡明了轉Ｃ４基因水稻的光合特性及作用機理；在實踐上，這一研究開創了一條提高水稻的光合效率并把光合生理生化機理、基因工程和常規育種有機結合的新途徑。
安徽省農科院名譽院長李成荃說，今年安徽省部分地區出現十幾天３９℃以上的高溫，個別品種的雜交稻結實率急劇下降。轉Ｃ４基因水稻光合機理研究的進一步深入，并盡快推出實用技術，將有效解決超高產水稻在高溫、高強光條件下結實率不高、籽粒不飽滿的問題。
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