光合作用分子机理及其在农业生产中应用的基础研究.pdf

光合作用分子机光合作用分子机理及其在农业生产中应用

理及其在农业生的基础研究

产中应用的基础

研究

首席科学家：张立新中国科学院植物研究所

起止年限：2011.1至2013.8

依靠部门：中国科学院

一、研究目标的调整

在前二年打算实施中，各项研究任务和指标均已顺利完成。累计在国

内外申请发明专利8项，获批1项；累计在国内、外发表论文63篇，其中

SCI收录49篇。顺利完成了既定目标。

通过后三年项目的实施，为了在光合作用光能转化、碳同化及其环境

调剂方面取得原创性的科学成果，鉴定若干在农作物光合作用过程中起关

键作用的有关基因，揭示改进作物光能利用效率提升作物产量潜力的分子

机理，为农作物的遗传改良提供理论指导。该项目的研究要求不仅在重要

科学咨询题上取得突破，而且在农业应用中培养出新品种。以培养一批高

水平的植物科学研究人才，造就一支在国内具有骨干引领作用、在国际上

具有重要阻碍力的创新研究团队，提升我国光合作用基础和应用研究的国

际地位和竞争力。

五年预期目标

通过本项目的实施，实现以下几方面目标：

1、揭示作物激发能在两个光系统之间均衡分配、坚持高效转能调控

规律；揭示作物光合电子传递、质子转移与碳同化的动态衔接机制、光合

碳代谢调控和光合同化物优化分配规律；阐明与光能吸取、传递和转化效

率紧密有关基因功能和调控机理，为提升光效的基因工程提供新思路和新

途径。

2、阐明光合作用光破坏与光爱护的环境调剂分子机理，为获得高光效

及强光适应性的高产作物的生物工程提供有效的理论指导。

3、光合作用专家与作物遗传育种专家紧密配合，鉴定与稻麦等作物高

光效有关且具有重要育种价值的主效QTL位点2－3个。利用主效QTL位

点和关键基因的分子标记及转基因技术创制高光效新种质15－20份，其中

光能利用效率和生物量提升10％以上，综合性状优良的水稻、小麦新品系

（种）2－3份。

在上述成果的基础上，获得20个以上拥有自主知识产权的参与调控光

合作用光能转换和碳同化等关键基因并明确其生物学功能，有重要育种利

用价值的关键基因4－5个；在国际主流刊物发表文章150篇以上；获得3

0项以上新基因发明专利。

通过本项目在光合作用研究领域建立一支具有较强国际竞争力的学术

团队，培养具有博士和硕士学位的优秀年轻人才100人以上，博士后30人

以上，培养优秀青年科研骨干至少20位。

二、研究内容和课题设置的调整

按照国内外进展趋势及国内已有基础，结合前两年的科研进展，进一

步确立以下研究内容：

1.重点研究作物能量吸取和传递、激发能在两个光系统之间均衡分配、

坚持高效转能调控机制，揭示与提升光能吸取、传递和转化效率紧密有关

基因功能和调控机理。

2.重点研究作物光合碳同化途径的网络调控机理、光合同化产物优化

分配的调剂机制；光合电子传递、质子转移与光合碳同化的动态衔接及其

和谐机制；以及作物光合功能期坚持的分子机制。

3.重点研究作物光氧化的分子遗传特性、光合作用光破坏与光爱护的

环境调剂分子机理，揭示参与光合作用光爱护调控的重要功能基因的作用

方式和调控机制，建立与抗光氧化特性的基因调控网络。

4.在机理研究基础上，光合作用专家与作物遗传育种专家紧密配合，

建立主效QTL位点和关键基因的分子标记，并用于辅助选择创制高光效新

材料，结合群体光合效率的改善，利用常规育种、分子辅助选择和转基因

等技术手段，选育出光能利用效率和生物量提升的稻麦新品系（种）。

为了集中、深入地研究光合作用传能和转能的机理和调控原理，本项

目设置课题之间进一步加大联系和合作，及时分享科研成果。同时前5个

研究课题在研究思路和目标上为第六课题服务，以实现光能利用效率和生

物产量提升10%的指标：

课题1：光合作用光能有效传递和分配的调控机制

本课题的研究内容包括比较不同基因型和生态型作物能量吸取和传递

的差异；利用基因定点突变技术，研究激发能在两个光系统之间的分配与

平稳，类囊体膜如何调剂光能在两个光系统之间的分配；研究状态转换中

磷酸化调剂的多种机制及其生理意义。

本课题研究目标是揭示作物光合作用激发