[发明专利]一种C3作物高效碳同化途径诱导剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属生物工程领域，更具体涉及一种C₃作物高效碳同化途径诱导剂，同时还涉及一种C₃作物高效碳同化途径诱导剂的制备方法。该诱导剂适用C₃作物的高产高效栽培，诱导C₃作物体内碳同化途径的高效转换，促进其增产增收，提高作物果实品质。

背景技术

光合作用是一切作物生长发育的基础，是作物碳积累和生物量积累的重要源头，光合作用效率的高低也直接决定作物的产量和品质。众所周知，作物的3种光合碳同化途径分别是C₃途径、C₄途径和景天酸代谢(Crassulacean acid metabolism，CAM)途径。在这三种碳同化途径中，以C₄途径光合效率最高。与C₃植物相比，C₄作物具有由其独特的光合机制所决定的高光合效率、低CO₂补偿点和几乎没有光呼吸等优点以及具有较强的抗逆性。C₃作物对太阳能的利用率仅为C₄作物的50%左右。然而目前大多数作物系C₃途径，光合效率较低。因此，如何诱导当前作为大多数的C₃作物的碳同化途径向C₄途径转变是解决当前作物高产、高效、优质等问题的关键。

以往的观点一直认为在同一种作物中几种光合途径不可能同时存在。但随着光合途径研究的深入表明通过外源基因植入C₃作物可以建立C₄循环，C₄作物叶绿体基质中的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、磷酸丙酮酸二激酶(PPDK)、苹果酸酶(ME)和苹果酸脱氢酶(MDH)等几种酶以复杂的方式运转，并且在某些条件下它们中的一种或几种将是限制C₄作物光合作用的最初原因。通过测定水稻叶内与C₄途径有关的光合关键酶（PEPC、NADP-ME、NADP-MDH和PPDK等）也发现C₃作物体内具有完整的C₄光合酶体系，暗示C₃作物具有一个有限的、低速的C₄循环，而且可以通过不同环境因子的诱导实现C₃作物中C₄途径的高表达。除环境因素外，植物本身不同发育阶段以及高产品种也是影响C₃作物体内C₄途径表达的重要因素，由此说明C₄途径酶的运转增强可能是获取高产的重要因素之一。而且研究也表明，C₄植物是由C₃植物进化而来。C₄途径在被子植物每一科属中各自独立进化，这种多源进化的特点表明光合途径由C₃途径向C₄途径的转变相对简单。甚至一些C₃植物具有某些C₄植物的光合特征，而某些C₄植物的特定发育阶段又具有C₃植物特征的分化；有些植物的光合途径还能够在C₃和C₄途径之间相互转变。这些现象表明，C₃和C₄植物的光合特征具有极大的可塑性。即在特定环境条件下或在特定条件的诱导下，植物的形态结构和生理生化功能会发生相应的改变，某些C₃植物中的C₄途径可能被诱导而更具有活性，甚至可以诱导出C₃作物的C₄形态结构和生理生化功能，形成有效的C₄微循环，从而提高C₃作物的光合作用效率。本发明正是依据C₃中C₄途径的酶活诱导原理和物种C₄同化途径进化规律，通过人工模拟诱导环境和C₄途径代谢酶的激活，促进C₃作物中C₄途径或C₄微循环的高效运转，从而大幅度提高C₃作物的产量和品质。

发明内容