高光效育种简介有哪些？

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高光效育种是在原有育种的基础上，根据植物生理、生化指标，通过提高植物的光合作用效率，特别是净光合率来选育高产的品种。目前采用的方法主要有两种：一是改造植物的形态结构，提高植物对光能的利用率，即高光效株型育种；二是选育二氧化碳补偿点低、光呼吸低、净光合率高的高光效品种。前者是形态结构上的高光效，后者是生理功能上的高光效，两者密切结合，相辅相成，不能分割。其特点是在常规育种的基础上，又增加一个高光合性状的选择鉴定指标。

高光效育种是1965年发现C4光合代谢和光呼吸之后才出现的。阳光是形成作物产量的初级能源，在药用植物栽培中，人们所做的一切努力，实质上就是充分地利用阳光、CO2、水分、养料等，以便高效率地进行光合作用，并使光合产物能够更合理地分配的过程。

关于光合作用类型和CO2的固定途径，目前在高等植物中已知有三种。

一、C3途径植物

光合作用途径是卡尔文循环，光合作用效率低，存在着明显的光呼吸作用。这类作物光合作用的初期产物为磷酸甘油酸即C3酸，夜间有呼吸作用放出CO2，白天除有暗呼吸外，还有强烈的光呼吸，放出大量CO2，故又称高光呼吸作物。在正常光照下，C3作物的光呼吸比暗呼吸高1.3—5倍，光呼吸的损失约占光合产物总量的1/4—1/3，其净光合生产率仅为低光呼吸作物的1/3—1/2。在相同条件下，高光呼吸作物与低光呼吸作物相比，由于无谓的损耗多，养料累积较少，产量低。故高呼吸作物又是低效作物。

二、C4途径植物

光合作用的初期产物是包括苹果酸等的四碳酸，基本上只是在夜间呼吸，光呼吸很低，约为C3作物的2—5%。C4作物将CO2在维管束鞘内提高浓度10倍于外界，因此卡尔文循环的速度快，光合效率高，呼吸作用低，净光合效率更高。

三、景天酸代谢作物

这类作物不多，它们固定CO2在夜间进行（暗固定），生成苹果酸，大量贮藏于液泡中，第二天白天再送往第二途径被再固定与还原。白天气孔关闭有利抗旱，夜间呼吸CO2，由PEP羟化酶固定CO2生成C4化合物（与C4作物类似）。

C4植物在禾本科中最多，占已知的C4植物的75%，占禾本科植物5000—10000个种的50—60%，而双子叶植物的C4植物仅占16万种的0.2%左右。

从生态分布来看C3植物主要分布在温带，C4作物主要分布在热带和亚热带的干旱地区和盐害地区。C4植物是C3植物进化而来。

了解植物CO2的固定途径是植物高光效育种的基础，是筛选高光合效率、低呼吸作用植物的依据，同时也是把C4作物固定CO2途径导入C3作物以提高光合效率降低呼吸作用的基础。

目前国内外正进行提高作物光合速率及高光效育种研究。药用植物的育种起步晚，高光效育种工作还没有开展研究，但是农作物上的先进方法和技术，一般情况下在药用植物上也是适用的，至少可供参考。

植物呼吸作用和光合作用有什么联系和区别？

我们常称动物的呼吸为“吐故纳新”，植物也会呼吸吗？当然。同动物一样，植物也要通过呼吸作用将植物体内的某些有机物质进行分解，释放出供给植物各项生理活动所需要的能量，并在此过程中合成新的生命物质。植物的呼吸作用根据需要氧的参与与否，可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类，这是与动物的呼吸不同的。

有氧呼吸，顾名思义就是需要氧气参与的呼吸作用，其主要特点是吸进氧气，氧化分解有机物而释放二氧化碳。

如何证明植物会做有氧呼吸呢？让我们来做一个小实验：随便摘几片叶子，把它们装到一个瓶子里面，然后将瓶子密封，并放到一个阴暗的地方。隔一夜以后，打开瓶塞，向里面倒一点澄清的石灰水，摇动几下，结果会怎么样呢？澄清的石灰水变得浑浊了。奇怪，这是什么原因呢？原来，澄清的石灰水里含有很多氢氧化钙，这种物质有个特点，只要遇到二氧化碳，它就会和二氧化碳起化学反应，并生成一种叫做碳酸钙的白色沉淀物，使石灰水变得混浊。这个现象说明，瓶子里面产生了许多二氧化碳，比大气中的比例大多了。如果我们再将一根燃烧的火柴伸到瓶子里面，火柴很快就熄灭了，这说明，瓶子里面缺少了支持燃烧的物质——氧气。

这个小实验很简单，但足以证明植物的有氧呼吸是和动物一样吸收氧气、放出二氧化碳的。长期贮存菜或甘薯的地窖里，由于蔬菜或甘薯的呼吸作用，会使得地窖中的二氧化碳的浓度大大升高，氧气的浓度大大降低。如果人贸然进入地窖就会发生窒息晕倒，严重的会导致死亡。因此，在进入这些地方之前，要先用一支点燃的蜡烛或小灯放到地窖中试验一下，如果蜡烛或小灯很快就熄灭了，则千万不要进去。一定要通风一段时间以后，继续检验，没有问题再进入这些地方。

植物的另外一种呼吸作用就是无氧呼吸。无氧呼吸就是植物的细胞在无氧的条件下，把一些有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出能量的过程。一般来说，高等植物的无氧呼吸都会产生一些酒精、乳酸等代谢物。比如苹果放的时间久了，内部果肉部分就会有酒味，这就是苹果因无氧呼吸产生酒精造成的。相类似的，马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜和玉米胚等，在进行无氧呼吸后则会产生乳酸。

在无氧条件下，高等植物可以进行短期的无氧呼吸，以适应不利的环境条件，比如熬过水淹等灾害。但是，如果植物缺氧时间过长，不但无氧呼吸所产生的酒精和乳酸就会对植物体造成毒害，植物生长的能量也会供应不足，这将使得植物体内部的分解大于合成，导致植物因饥饿致死。所以，植物的无氧呼吸只是植物适应严酷的自然环境的权宜之计，有氧呼吸才是植物进行呼吸作用的主要方式。

我们通常所说的呼吸作用（包括有氧呼吸和无氧呼吸）在光下和暗处都能进行，人们通常称之为暗呼吸。20世纪60年代，科学家们发现，植物体内还存在着另外一种“呼吸作用”，这种呼吸作用只有在光照下才能进行，因此被形象地称为光呼吸。光呼吸现象在所有的高等植物中都存在，它把光合作用过程中产生的部分有机碳转变为二氧化碳，并把这些二氧化碳重新释放出去。光呼吸的存在在某种意义上来说是一种浪费，因为光呼吸整个反应的许多过程都是消耗能量的，而且它还能影响二氧化碳的固定速度。目前，光呼吸的作用机理已经被科学家搞明白了。原来，它主要是消耗了绿色植物叶片在光照下形成的乙醇酸这种物质。从乙醇酸的合成，到乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再释放出去，这是一个相当复杂的过程，这一系列反应是在三种细胞器中完成的，它们分别是叶绿体、过氧化物体以及线粒体。

通过科学方法的测定人们已经知道，光呼吸所释放出的二氧化碳大约占整个光合作用二氧化碳固定量的20％~27％，也就是说，它把光合作用所固定的四分之一左右的碳又变成了二氧化碳释放出去。植物做了极大的努力，将太阳光能转变为化学能，将二氧化碳合成为有机物，并将化学能储藏在有机物中。可是光呼吸却把植物辛辛苦苦积累的一部分能量和有机物浪费掉了，这是为什么呢？有些人认为，光呼吸可以保护叶绿体，使叶绿体免受强光的伤害，不过并没有充分的证据来证实，所以，到目前为止，植物为什么会进行耗费能量的光呼吸还是一个令人费解的谜。

植物的呼吸作用是有热放出的，这是因为植物细胞分解有机物时，不能利用的多余能量就会以热的形式散发出来。如果把正在萌发的种子用棉布包起来进行隔温，那么种子的温度就可以达到四十度以上，有许多种子也会因为温度太高而死亡。所以，刚刚收获的湿种子如果堆积在一起，就会因为温度升高而引起霉烂；新鲜的植株堆积在一起，时间较长时也会发生霉变；如果植株在晾干的过程中不彻底，植物体仍然有部分呼吸能力，那么，在长期堆积在一起以后，内部的温度就会升高很多，严重的话甚至可以引起植株自然燃烧。

其实，我们的祖先很早就认识到了植物的呼吸作用带来的后果，并在生产、生活中采取了正确的措施。例如早稻在浸种催芽时要用温水淋种和时常翻新，目的就是控制温度和通风，使呼吸作用能够正常进行；稻田的晒田、作物的中耕松土、黏土的掺沙等耕作方法，可以改善土壤的通气条件，使根系得到充足的氧气进行呼吸；刚收获的植物种子要摊成薄层，快速晾干，以免种子因呼吸作用温度升高而引起霉烂……

现在，人们更是主动利用植物的呼吸作用，让它为人类的生产、生活服务。如在粮食贮藏期间，人们应用通风和密闭的方式，或者在密闭的粮仓中充入氮气，以抑制粮食的呼吸作用；在储藏蔬菜、果实的实践中，人们发明了一种叫做“自体保藏法”的储藏方法，在密闭的环境中，利用果实、蔬菜呼吸作用放出的二氧化碳，使二氧化碳保持一个合适的浓度，从而抑制呼吸作用，延长贮藏时间……

光呼吸途径的好处和坏处

光合作用是植物通过叶绿体吸收太阳能，将二氧化碳和水转化为有机物，并将太阳能转化为生物能储存在有机物中。 呼吸作用是植物利在线粒体中将有机物分解，释放出其中的能量，供植物生长需要。过程和光合作用相反。 每一个植物细胞都像一个庞大而分工协调的大工厂，里面有很多复杂而组织有序的车间---细胞器，其中叶绿体和线粒体就是负责能量供应的车间，叶绿体像水坝，通过其中的叶绿素，捕捉太阳光线中的蓝光、红光和蓝紫光、在这些光线的触发下，激活一系列的机器，把二氧化碳、氧气加工合成成糖，太阳的能量就转化为生物能储存在糖里面。 而线粒体就像发电站，把叶绿体生成的糖作为原料，利用线粒体中的各种酶，将糖转化为水、二氧化碳和其它物质，这样，被储存在糖中的能量就被释放出来，源源不断的供给植物细胞生长、分裂和其它细胞器运行使用。没有呼吸作用，植物细胞就停电了，没有能量，就不可能进行任何生命活动。

不对。

光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸约抵消30%的光合作用。

细胞呼吸指物质在细胞内的氧化分解，具体表现为氧的消耗和二氧化碳、水及三磷酸腺苷（atp）的生成，其根本意义在于给机体提供可利用的能量。

“光呼吸”中含有“呼吸”一词，但该过程并不是 真正的细胞呼吸作用 ，能进行 光呼吸 的细胞所进行的 真正的细胞呼吸作用 被专称为 暗呼吸 。加上“暗”字是为了与 光呼吸 有所区别，因为 光呼吸 只在光照下才会发生，而 暗呼吸 既在有光，也在没有光的情况下发生。

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