[發明專利]一種C3作物高效碳同化途徑誘導劑及制備方法

有效

• 申請號: 201310710908.7
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103749536A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 李俊;張春雷;方小平;馬霓;李光明;張利艷;劉麗欣;袁金展
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院油料作物研究所
• 主分類號: A01N59/26
• 分類號: A01N59/26;A01P21/00;A01N59/00;A01N59/02;A01N59/06;A01N43/84;A01N43/16
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬生物工程領域，更具體涉及一種C₃作物高效碳同化途徑誘導劑，同時還涉及一種C₃作物高效碳同化途徑誘導劑的制備方法。該誘導劑適用C₃作物的高產高效栽培，誘導C₃作物體內碳同化途徑的高效轉換，促進其增產增收，提高作物果實品質。

背景技術

光合作用是一切作物生長發育的基礎，是作物碳積累和生物量積累的重要源頭，光合作用效率的高低也直接決定作物的產量和品質。眾所周知，作物的3種光合碳同化途徑分別是C₃途徑、C₄途徑和景天酸代謝(Crassulacean?acid?metabolism，CAM)途徑。在這三種碳同化途徑中，以C₄途徑光合效率最高。與C₃植物相比，C₄作物具有由其獨特的光合機制所決定的高光合效率、低CO₂補償點和幾乎沒有光呼吸等優點以及具有較強的抗逆性。C₃作物對太陽能的利用率僅為C₄作物的50%左右。然而目前大多數作物系C₃途徑，光合效率較低。因此，如何誘導當前作為大多數的C₃作物的碳同化途徑向C₄途徑轉變是解決當前作物高產、高效、優質等問題的關鍵。

以往的觀點一直認為在同一種作物中幾種光合途徑不可能同時存在。但隨著光合途徑研究的深入表明通過外源基因植入C₃作物可以建立C₄循環，C₄作物葉綠體基質中的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)、蘋果酸酶(ME)和蘋果酸脫氫酶(MDH)等幾種酶以復雜的方式運轉，并且在某些條件下它們中的一種或幾種將是限制C₄作物光合作用的最初原因。通過測定水稻葉內與C₄途徑有關的光合關鍵酶（PEPC、NADP-ME、NADP-MDH和PPDK等）也發現C₃作物體內具有完整的C₄光合酶體系，暗示C₃作物具有一個有限的、低速的C₄循環，而且可以通過不同環境因子的誘導實現C₃作物中C₄途徑的高表達。除環境因素外，植物本身不同發育階段以及高產品種也是影響C₃作物體內C₄途徑表達的重要因素，由此說明C₄途徑酶的運轉增強可能是獲取高產的重要因素之一。而且研究也表明，C₄植物是由C₃植物進化而來。C₄途徑在被子植物每一科屬中各自獨立進化，這種多源進化的特點表明光合途徑由C₃途徑向C₄途徑的轉變相對簡單。甚至一些C₃植物具有某些C₄植物的光合特征，而某些C₄植物的特定發育階段又具有C₃植物特征的分化；有些植物的光合途徑還能夠在C₃和C₄途徑之間相互轉變。這些現象表明，C₃和C₄植物的光合特征具有極大的可塑性。即在特定環境條件下或在特定條件的誘導下，植物的形態結構和生理生化功能會發生相應的改變，某些C₃植物中的C₄途徑可能被誘導而更具有活性，甚至可以誘導出C₃作物的C₄形態結構和生理生化功能，形成有效的C₄微循環，從而提高C₃作物的光合作用效率。本發明正是依據C₃中C₄途徑的酶活誘導原理和物種C₄同化途徑進化規律，通過人工模擬誘導環境和C₄途徑代謝酶的激活，促進C₃作物中C₄途徑或C₄微循環的高效運轉，從而大幅度提高C₃作物的產量和品質。

發明內容