植物高光效育种
玉米高光效栽培模式示范研究
玉米高光效栽培模式示范研究首先，玉米高光效栽培模式的示范研究需要选择适宜的品种。
品种是玉米高产的关键，只有选择适应当地气候条件和管理水平的品种，才能实现高产。
因此，在示范研究中需要进行品种的筛选和试验，选择适应性强，抗病虫害能力强的品种。
其次，玉米高光效栽培模式的示范研究需要合理的施肥和水分管理。
玉米生长需要充足的营养和水分供应，而过量的施肥和浪费的水分会导致资源浪费和环境污染。
因此，在示范研究中需要研究玉米的合理施肥量和施肥时间，制定科学的施肥方案。
同时，需要研究玉米的合理灌溉量和灌溉时间，制定合理的灌溉策略。
再次，玉米高光效栽培模式的示范研究需要合理的病虫害防治措施。
玉米生长期间容易受到各种病虫害的侵害，影响产量和质量。
因此，在示范研究中需要研究病虫害的发生规律和传播途径，制定合理的防治措施。
例如，可以采用轮作、合理间套等措施，减少病虫害的发生。
同时，可以采用植物保护药剂进行喷洒，防治病虫害。
最后，玉米高光效栽培模式的示范研究需要合理的田间管理。
田间管理是确保玉米高产的基础，包括除草、整地、密植等措施。
在示范研究中需要总结和研究合理的田间管理措施，提供参考意见和建议。
总而言之，玉米高光效栽培模式的示范研究具有重要的意义。
通过该研究，可以推广和应用玉米高光效栽培技术和方法，提高玉米的产量和质量，提高农业生产效益和经济效益。
同时，该研究对于保护环境和可持续发展也具有重要的意义。
因此，在今后的农业生产中，应该加强对玉米高光效栽培模式的示范研究，提高玉米产量和质量，促进农业发展。
水稻高光效栽培的好处和技术要点
培 ．水 稻 栽 培 行 向 为西 南 一 东 北 向 。角 度 为南 偏 西 ２ ０度 ；宽行 行
＝ ； 『 ｆ 稻
好 处
致 载 培
选 种 ：用咪鲜 胺类 药剂 ，浸 种 ７ — 盘定 向 ．将 插秧行 向定 为磁南偏西 ７月 初 ．防 治 药 剂 主要 有 美 国 产 Ｏ度 ．做 出标 线 ．在标 线一 侧插 ２ 的杜 邦 康 宽 ．它 的 药效 期 很 长 可 １ ０天 ． 注 意 在 浸 种 这 段 时 间 内 的 ２ ０厘米 ．株 距 １ ３ — 达 １个 月 ．效 果 很 好 ：也 可用 杀 积温要达到 １ ０ ０度 ：将 浸 泡 好 的 行秧 苗 ．行距 ２ ５厘 米 ． ． 插秧 时采 用拐 子苗插 法 ． 虫 单 兑 阿 维 三 唑磷 ．其 药 效期 只 种 子捞 出放在 保温处 催芽两 天 ， １ ０厘米 作 为 有 １周 左 右 ．如 果 发 生严 重 ．可 然 后 进 行 药剂 拌 种 以防 治 水 稻 立 插完 这 ２行 后 ．留出 ５ 枯 病 ：在 ４月 １ ０日左 右用 配套 播 大行距 ．再按上 述方法插 ２行 ．依 连 续 喷 ２次 以 上 ６ ． 喷 施植 物生 长 调 节 剂 和磷 、 种 器 播 种 ．保 证 每 钵 ３ —４粒 芽 此类推 ．做到不 漏插 ．保 证每穴 苗 —４棵 ．而且 一定要 浅插 。 钾 、微肥 ，促 进 水 稻 生 长 ．使 水 种 苗 期 管理 中要 及时 通 风 练苗 。 数３ 当 小 苗 １叶 １心 阶 段 棚 内温 度 超 ４ ． 科 学灌 溉 ：移 栽 时保持 １厘 稻 提前 成熟 调 节剂 可 用快 丰 收 、 移 栽后 至 返 青采 用 深 水 护 爱 多 收 等 ．叶 面 肥 可用 磷 酸 二 氢 过 ３ ０ ℃ 时 ．要 进 行 适 当 的 小 通 风 米水 层 ． 炼 苗 ． ３叶 以后 要 大 通 风 炼 苗 ． 苗 ．水 深 一 般 在 ５ —７厘 米 。返 青 钾 等 ．兑 水均 匀喷雾 即可 ７ ． 适 时 收 获 ： 是 指 当 籽 粒 的 插秧前 ４ — ５天 晚 间 不 盖 膜 炼 苗 ． 后 至 分 蘖 期采 用 湿 润灌 溉 ．分 蘖 Ｏ ％以上 变 黄 成 熟 ． 穗 轴有 三 分之 而 且 这 个 时 期 要 追 施 送 嫁 肥 ．每 末 期进 行 晒 田 ．控 制 无 效 分 蘖 的 ９ 平方米施硫酸铵 ６ ０克 ．兑 水 １ ０ ０ 发 生 ．孕 穗 期 浅 水 灌 溉 ． 若 遇 变 黄 ．基 部 有很 少 一部 分 绿 色 倍 喷 施 施 后 用 清 水 冲 洗 一 次 ． １ ７ ℃以 下 低 温 时 应 深 灌 （ １ ０ —２ ０ 籽粒 存在 时 收获
水稻高光效栽培技术
水稻高光效栽培技术一、栽培模式水稻高光效栽培技术是提高光能利用率的新型水稻栽培模式。
主要是改传统水稻栽培行向为西南一东北向，角度为磁南偏西20度；水稻栽培行为通风透光超大行与栽植水稻小行组成的组合行，通风透光超大行行距60cm，栽植水稻小行行距20cm。
在栽植水稻小行上种植2行水稻，株距为12--15cm，栽插水稻秧苗时采用拐子苗插法。
二、主要技术重、培育壮秧：是指要采用简塑钵盘育苗。
选无污染，背风，向阳，水电源方便，地势高，排水良好，无盐碱，土壤肥沃，地势平坦的地方建育秧大棚。
旱田表层土、腐殖土及腐熟农家肥按5：2：2比例混合过5目筛后做苗床土，选择当地主推优良品种，于4月上旬播种，播前晒种2--3天；用1：1.13的盐水选种；用脒酰胺等在15℃水温下浸种5—6天；将浸泡好的种子捞出放在保温处催芽两天，然后摊开晾晒，用配套播种器播种，保证每钵2--3粒芽种，苗期管理中播种一出苗阶段保证水分；出苗一1叶1 心阶段棚内温度控制在25--28qC，晴天进行适当通风炼苗，保持床土湿润；1.5叶--3.0叶阶段棚内温度控制在22qC左右，床面要略呈干燥，高温天气要及时通风，控制秧苗徒长，在两叶一心期追一次离乳肥，每平方米苗床追施硫酸铵30克兑水100倍喷浇，施后用清水冲洗一次，以免化肥烧叶，3.0叶一移栽阶段每天浇一次透水，要大通风炼苗，插秧前4--5天晚间不盖膜炼苗，追施送嫁肥，每平方米施硫酸铵60s，兑水100倍喷施，施后用清水冲洗一次，以免化肥烧叶；2、精细整地、配方施肥：是指5月上、中旬对稻田进行耕翻，耕翻深度15--18cm，做到深浅一致，犁底平，不留生格子，每公顷施农家肥10吨、纯N75kg、P20s100kg、K2050kg后耙平，要做到田面平整，耕层深厚，上软下松，为水稻高产创造良好的土壤环境；3、适时移栽：5月中下旬当秧龄30--35天，叶龄3.5--4.0叶，苗高12--14cm，根数重2一重4条，百株地上千重2．5g以上时，即可移栽，播种前，用罗盘定向，将播种行向定为磁南偏西20度，做出标线，在标线一侧插2行秧苗，行距20cm，株距15cm，插秧时采用拐子苗插法，插完这2行后，留出60cm作为大行距，再按上述方法插2行，依此类推，做到不漏插、保证穴苗数3--4 棵、深浅一致；4、灌溉：移栽时保持ltm水层，移栽后至返青采用深水护苗，水深一般在5--7cm，返青后至有效分蘖末期采用浅水灌溉，水深保持3—5cm为宜；有效分蘖末期至幼穗分化期(6月下旬一7月上旬)采用深水灌溉或间断湿润灌溉控制无效分蘖；幼穗分化至乳熟期(7月上旬一8月下旬)采用1--2cm浅水灌溉，若孕穗期遇17~C以下低温深灌(10--20em)护胎；乳熟至收获前一周(8月下旬一9月中旬)稻田应保持土壤湿润，在收获前7天断水；灌溉要采用昼停夜灌方式进行；5、施肥：公顷施用N150kS，P205100kg，K20100kg。
油菜高光效育种的难点及解决策略
油菜高光效育种的难点及解决策略张耀文;卢从明;赵小光;关周博;王学芳;侯君利;董育红;田建华;李殿荣;卢庆陶【摘要】为了促进油菜高光效育种的研究进展,在剖析油菜高光效育种的难点、研究缺陷及有利条件的基础上,根据油菜超高产育种目标和生产实际需求,提出以下解决思路与方法:通过多途径创制甘蓝型油菜种质资源,拓宽高光效种质的筛选范围;建立综合鉴定指标体系,对高光效种质进行鉴定和定向改良,增加高光效种质的实用效率;构建油菜高光效结构指标体系,提高群体光合效能;多途径利用杂种优势,建立快速、高效的油菜高光效杂交育种方法体系;开展油菜高光效分子设计育种,提高育种效率;研究和实施油菜高光效栽培技术,促使光合效能的持续、稳定发挥.%In order to promote advance of rape high photosynthetic efficiency breeding,basedon analysis of difficulties,research defects and favorable conditions,and for the breeding objective of super high yield breeding and actual demand for rapeseed production,different solutions and methods such as multi-channel creation of the Brassica napus germplasm,broad screening rangeof high photosynthetic efficiency germplasm wereprehensive evaluation index system was established for identifying,improving and increasing the actual efficiency of high photosynthetic efficiency germplasm;rape index system of high photosynthetic efficiency structure was also built for increasing photosynthetic efficiency of groups,the fast and efficient hybrid method system of high photosynthetic efficiency breeding were established by using different ways.The breeding efficiency was improved by carrying out molecular design breeding of high photosynthetic efficiency.Cultivation ofrape high photosynthetic efficiency was studied and applied for solutions to promote consistent photosynthetic capacity.【期刊名称】《西北农业学报》【年(卷),期】2018(027)001【总页数】9页(P1-9)【关键词】油菜;高光效育种;难点;有利条件;解决策略【作者】张耀文;卢从明;赵小光;关周博;王学芳;侯君利;董育红;田建华;李殿荣;卢庆陶【作者单位】陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;中国科学院植物研究所光生物重点实验室,北京 100093;中国科学院植物研究所光生物重点实验室,北京 100093;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;陕西省杂交油菜研究中心,国家油料作物改良中心陕西油菜分中心,陕西杨凌712100;中国科学院植物研究所光生物重点实验室,北京 100093【正文语种】中文【中图分类】S565.4据国家粮油信息中心数据显示，2014/2015年度中国食用油自给率仅为34.2%，相比上一年度的36.8%下降2.6个百分点,已远超出安全警戒线；距《国家粮食安全中长期规划纲要》中要求保障中国食用植物油的自给率不低于40%的目标任务差距越来越大，因此保障食用油供给安全任务日益紧迫。
高光效育种的名词解释
高光效育种的名词解释育种是农业生产中非常重要的一环，它通过培育和选育具有良好品质和抗逆性的作物品种，为粮食产量的提高和农作物的品质改良做出贡献。
而高光效育种便是其中的一种方法。
一、高光效育种的定义高光效育种，即高光效选择育种，是一种通过对农作物的光能利用效率进行测定和选择，进而培育出具有较高光能利用效率的作物品种的育种方法。
光能是植物生长和发育的能量来源，而光能利用效率的提高可以显著增加作物的产量和品质。
二、高光效育种的原理高光效育种的原理是基于植物的光能利用效率对产量和品质的影响。
光合作用是植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物的过程，而光合作用的效率与植物的光合产物的能量转化效率密切相关。
高光效育种的目的就是通过对光合作用的调控，增加光能被植物吸收和利用的程度，从而提高作物的产量和品质。
三、高光效育种的关键技术1. 高光效筛选技术：通过对作物种质资源进行大规模的筛选和评估，选择出具有较高光合效率的优良品种并进行后代选育。
这种筛选技术包括了对光合速率、光能利用效率和叶片功能等方面的评估指标和方法。
2. 基因组技术的应用：利用现代分子生物学技术，研究作物的光合作用相关基因，通过基因编辑或基因转导等手段改良光能利用效率相关基因，从而培育出光能利用效率更高的作物品种。
3. 光能调控技术：通过增加作物的接受光能的面积或提高光能在植物体内的利用效率，如调整作物的栽培方式、光照强度、光照时间等，来提高作物的光合作用效率和光能利用效率。
四、高光效育种的意义和应用高光效育种的最终目的是提高作物的产量和品质，对农业生产的发展和粮食安全具有重要意义。
如能够培育出更具光合效率的作物品种，可以显著提高粮食的生产力，缓解全球粮食供应压力。
此外，高光效育种还有助于改善作物的抗逆性，提高抗旱、耐热、抗病虫害等能力，从而增加作物的生存率和适应性。
综上所述，高光效育种是一项通过优化光合作用效率，提高作物的光能利用效率来提高产量和品质的育种方法。
第四篇 高光效植物育种的研究进展
高光效植物育种的研究进展摘要高光效育种是在光合生理研究与提高光能利用率技术途径研究的基础上发展起来的一种现代育种新技术，是当代作物生理学家和育种学家共同关注的问题。
自20世纪60年代以来，人们一直试图利用C4植物的光合特性来改进C3植物的光合效率。
现有高产品种的光能利用率为1％～1.5％，而理想的光能利用率为3％～5％，因此，通过提高植物光能利用率来提高产量，一直是国际光合作用研究和作物育种等领域专家关注的热点之一。
1 高光效植物育种的提出20世纪40—50年代，Watosn认为决定作物产量的因素主要是叶面积，而表示光合效率相对高低的净同化率在品种间差异并不大，与产量的关系也不密切，因而当时人们把主要的精力放在叶面积的研究上。
60年代以来，在作物品种光合特性的比较研究方面，有两个比较重要的进展，一是红外线CO2分析仪在光合作用研究上的普遍应用，使人们有可能看到不同作物间，以及同一作物不同品种间存在的差异；另一个是通过不同植物光合作用同化途径的比较研究，根据CO2被固定后的不同同化途径，分为C3植物(如水稻、小麦、大豆等)、C4植物(如玉米、甘蔗、高粱等)及景天科代谢途径植物(如菠萝、剑麻、仙人掌等)，并认识到C4植物的光合作用属于高效率的一种。
据此，遗传育种工作者曾试图将C4植物的光合特性基因导入C3植物以提高C3植物的光合效率。
在70年代，我国利用C3植物水稻和C4植物狼尾草的同室效应，试图筛选出高光效的水稻种质，选出了适应广幅光强、广亲和的种质，至今在杂种优势的利用上有所应用。
在此基础上，一些研究植物光合特性的生理学家，提出了“高光效育种”的研究。
2 高光效育种程序和方法2.1 高光效育种的基本概念和方法所谓植物“高光效育种”，就是通过杂交(包括远缘杂交和体细胞杂交)或人工诱变，然后对其后代进行筛选，以期将C3植物改造成C4植物；也可以在C3植物品种中直接进行大量筛选，选育出低补偿点的高光效株系或品种；同样，在C4植物品种中也可以进一步筛选出光合能力更强的株系或品种。
植物高光效育种
植物高光效育种光合作用是决定作物产量最重要的因素之一，作物中90％以上的干重直接来源于光合作用。
因此，光合作用效率的高低直接关系到作物的产量。
根据光合作用碳同化途经中CO2固定的最初光合产物的不同，可把高等植物分成C3、C4和景天酸植物。
C4植物是从C3植物进化而来的一种高光效种类。
与C3植物相比，它具有在高光强、高温及低CO2浓度下保持高光效的能力。
而一些主要农作物如水稻、小麦、马铃薯、甜菜等均为C3作物。
通过提高农作物的光合作用效率来提高产量水平，即高光效育种，一直是国际光合作用研究和作物育种等领域专家关注的热点。
自20世纪60年代以来，人们一直试图利用C4光合特性来改进C3植物的光合效率。
传统的杂交育种手段至今尚未取得令人满意的结果，其杂种F1和F2 代的光合效率均比任何一个亲本都低。
随着生物技术的发展，为利用基因工程手段培育高光效作物提供了一条行之有效的途径。
本文就近年来该方面的研究进展作一综述。
1 高光效基因工程育种的理论基础C3植物中，CO2的固定主要取决于1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, Rubisco)的活化状态,它催化1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)羧化，将大气中的CO2同化，产生两分子磷酸甘油酸，可见Rubisco在C3植物中同化CO2的重要性。
C4植物固定CO2的酶为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase，PEPC),与C3作物中Rubisco相比，PEPC对CO2的亲和力高。
C4植物的细胞分化为叶肉细胞和鞘细胞，而光合酶在两类细胞中的分布不同,如PEPC在叶肉细胞固定CO2，生成草酰乙酸(OAA),OAA进一步转化为苹果酸(Mal), Mal进入鞘细胞脱羧,被位于鞘细胞内的Rubisco羧化,重新进入卡尔文循环。
这种CO2的浓缩机理导致了鞘细胞内高浓度的CO2积累，一方面提高Rubisco的羧化能力，另一方面又大大抑制了Rubisco 的加氧活性,降低了光呼吸,从而使C4植物保持高的光合效率。
玉米高光效种植方法和注意事项
３ ． 播种株 距和镇压强度 株距要根据 品种和地力确
定 。一 般株距 为 １ ４～１ ６ ｃ ｍ 。 当保苗 密度 ６ 万株 ／ ｈ ｍ ， 苗 前，地表温 度稳定 通过 １ ５ ￣ Ｃ以上时约 ５ 月 ５日～１ ５ 播 种株距为 １ ５ ｃ ｍ； 当保苗密度为 ６ ． ５ 万株 ／ ｈ ｍ ，播种 日，喷洒化 学除草剂 ，封闭土壤表层 。可选用金 都尔
改垄 向的方 法是将原来 的垄旋耕 整平，适 度镇 压 ，再
对于符合 高光效 垄 向要求的地 块，播种在一 个垄
按新 的垄向播 种，满足高光 效种植 的垄 向要求。 同时， 沟的两个垄 侧 ，种 植 带 两苗带 相距 ４ ０ ｅ ｍ；隔两个垄
实施 地块 应该是 平川岗地 ，地 力要好，水肥充 足 ，且 沟，在第三个垄沟再 播种两行，形成 窄行距 ４ ０ ｃ ｍ，宽
农 业新技 术 ，它是 通过调 整垄 向，增加 光照时 间和强 ２ ０ ８ 、迪卡 ５ １ ６等，保 苗密 度 在 ６ ． ０～６ ． ５ 万株 ／ ｈ ｍ 。 ；
度 ，提高光能利用率 ，凸显通 风透光 效果 。采取宽窄 先玉 ３ ３ ５ 、宁玉 ３ ０ ３保苗密度在 ５ ． ５～６ ． ０ 万株 ／ ｈ ｍ 。
要成方连片，每块 地不能少 于 ５ ｈ ｍ ，或者是 按 自然地 行距 １ ６ ０ ｃ ｍ左右，构成 ２ ０ ０ ｃ ｍ左右 的组合 超大垄。对
块 全部实施 ，为改变垄 向和机械作业创造 良好条 件。 二、机械耕 整地
于垄 向不符 合高光效要求 的地块，在机械旋 耕整地 后， 要 按新 的垄 向播种。在种植 带上播 种两行 ，使 小行距
提高平整度，并防止失墒，使地块 达到待播种状 态。
三、品种选择
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植物高光效育种光合作用是决定作物产量最重要的因素之一，作物中90％以上的干重直接来源于光合作用。
因此，光合作用效率的高低直接关系到作物的产量。
根据光合作用碳同化途经中CO2固定的最初光合产物的不同，可把高等植物分成C3、C4和景天酸植物。
C4植物是从C3植物进化而来的一种高光效种类。
与C3植物相比，它具有在高光强、高温及低CO2浓度下保持高光效的能力。
而一些主要农作物如水稻、小麦、马铃薯、甜菜等均为C3作物。
通过提高农作物的光合作用效率来提高产量水平，即高光效育种，一直是国际光合作用研究和作物育种等领域专家关注的热点。
自20世纪60年代以来，人们一直试图利用C4光合特性来改进C3植物的光合效率。
传统的杂交育种手段至今尚未取得令人满意的结果，其杂种F1和F2 代的光合效率均比任何一个亲本都低。
随着生物技术的发展，为利用基因工程手段培育高光效作物提供了一条行之有效的途径。
本文就近年来该方面的研究进展作一综述。
1 高光效基因工程育种的理论基础C3植物中，CO2的固定主要取决于1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, Rubisco)的活化状态,它催化1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)羧化，将大气中的CO2同化，产生两分子磷酸甘油酸，可见Rubisco在C3植物中同化CO2的重要性。
C4植物固定CO2的酶为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase，PEPC),与C3作物中Rubisco相比，PEPC对CO2的亲和力高。
C4植物的细胞分化为叶肉细胞和鞘细胞，而光合酶在两类细胞中的分布不同,如PEPC在叶肉细胞固定CO2，生成草酰乙酸(OAA),OAA进一步转化为苹果酸(Mal), Mal进入鞘细胞脱羧,被位于鞘细胞内的Rubisco羧化,重新进入卡尔文循环。
这种CO2的浓缩机理导致了鞘细胞内高浓度的CO2积累，一方面提高Rubisco的羧化能力，另一方面又大大抑制了Rubisco 的加氧活性,降低了光呼吸,从而使C4植物保持高的光合效率。
正是因为C4途径具有高光合能力，以及C3植物中C4途径的客观存在，启示了通过基因工程将C4 途径的关键酶编码基因导入C3植物的可能性，为利用基因工程手段培育高光效作物品种提供了理论依据。
2 高光效基因工程育种策略2.1 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)的修饰与改造植物光合作用过程中最大的限制酶是Rubisco，它的反应速度每秒只有2～3次，与一般的酶促反应速度(每秒25000次左右)相比，效率极低；Rubisco是一个双功能酶，它不仅催化RuBP的羧化反应，而且还催化其加氧反应。
加氧反应中除消耗能量外，还损失羧化反应中固定的20％～50％的有机碳。
为提高作物中Rubisco同化CO2的效率，许多研究者希望通过改变酶的结构来改变其羧化/加氧的比值，从而提高作物的光合效率，但至今仍未获得成功。
自从Read和Tabita (1994)发现在硅藻和红藻中存在的Rubisco具有比高等植物高得多的效率后，Uemura等又发现了一种嗜热红藻的Rubisco羧化效率约是高等植物的2.5～3 倍。
更高效率的Rubisco在红藻中的发现，给修饰改造Rubisco的长期努力提供了新的动力和希望。
Whitney 等通过质体转化的方法将红藻高效率Rubisco的小亚基编码基因引入烟草的叶绿体中得到了高效表达，但是表达的小亚基却不能与烟草本身的大亚基组装成全酶。
酶的组装是一个十分复杂的过程，还有待于进行深入研究。
2.2 C3光合途径关键酶基因的克隆与转化C4光合途径主要涉及3种关键酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、磷酸丙酮酸二激酶(pyruvate orthophosphate dikinase，PPDK)和依赖于NAD(P)的苹果酸酶[NAD(P)-dependent malic enzyme，NAD(P)-ME]。
目前，C4途径的3种关键酶基因均已从不同的C4 植物中克隆出来并分别导入不同的C3植物中。
C4型PEPC基因的cDNA是首先从玉米和黄花菊属植物Flaveria trinervia中克隆出来的(Izui等，1986；Poetseh 等1991)。
玉米C4型PEPC基因全长约6.8kb，结构基因由10个外显子和9个内含子组成；其cDNA长度为2.91kb，编码970个氨基酸残基，其蛋白质分子量为109.4kDa。
玉米PPDK基因全长约12kb，有19个外显子，其中第一外显子编码转运肽，第一内含子由于包含细胞质型PPDK的启动子，长达5.9kb；其mRNA 编码947个氨基酸残基，前体蛋白质分子量为102.7kDa，其中N端71个氨基酸残基是转运肽，成熟蛋白包含876个残基。
玉米NADP-ME的cDNA全长2184 bp，编码636个氨基酸残基，前体蛋白分子量为69.8 kDa。
Hudspeth等将玉米PEPC的cDNA与烟草Cab (chlorophyll la/b binding protein，编码光系统I和光系统II的捕光叶绿素结合蛋白的基因家族)基因的启动子和终止子重组在一起并转到烟草中，转基因植株PEPC的活性比对照高2倍。
Gehlin等将由CaMV35S (cauliflower mosaic virus 35S gene，烟草花叶病毒35S基因)启动子调控的Corynibacterium glutanicum、E.coli和Flaveria trinervia的PEPC基因导入马铃薯，获得了PEPC活性提高2～12倍的转基因植株。
Ishimaru等将拟南芥RbcS(rubisco small subunit，1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶小亚基基因)启动子和CaMV35S启动子调控的玉米PPDK基因导入拟南芥中，转基因植株的PPDK活性为对照的4 倍。
他们还将玉米的PPDK基因转入马铃薯中，转基因植株的PPDK 活性比对照高5.4倍。
Takeuehi 等将CaMV35S启动子调控的玉米NADP-ME基因cDNA 导入水稻，Tsuchida等将水稻Cab启动子调控的玉米NADP-ME基因cDNA导入水稻，虽然获得了酶活显著提高的转化苗，但在自然光下，转基因植株的叶片白化，生长受到明显抑制。
将C4光合途径关键酶基因的cDNA转入C3作物中已有许多成功报道，但所获得的转基因植株的相关酶活远远低于C4植物，而全长基因的导入，显著提高了转基因植株的酶活。
Ku等将玉米PEPC的全长基因(包括外显子、内含子及自身的启动子)用农杆菌介导法导入水稻，获得了高水平表达玉米PEPC的转基因植株；在一些转基因植株中，PEPC的活性甚至比玉米中的高2～3倍，达到叶片可溶性蛋白的12％。
同对照相比，转基因植株显著减少了氧气对光合的抑制作用。
继Lepiniec等(1992)从高粱中克隆出PEPC全长基因后，张方等从不同的高粱品种中克隆出一种新型的PEPC基因，并将之导人水稻中，获得了PEPC活性较对照高26倍的转基因植株。
陈绪清等采用LA-PCR方法从玉米中克隆出全长PEPC基因，并将其导入小麦。
通过对转基因小麦叶片中PEPC酶活性的初步测定，发现部分转基因植株叶片中PEPC酶活性提高了3～5倍，与玉米叶片中的PEPC酶活性相当。
Fukayama等将玉米PPDK全长基因及不同启动子调控的cDNA分别导入水稻，结果表明，转全长基因的水稻PPDK活性比非转基因水稻高40倍，而转cDNA 的水稻PPDK的活性仅为对照的5倍。
3 高光效基因工程育种进展中存在的问题C4关键酶基因向C3作物的成功导入及其在C3作物中高效表达，说明利用基因工程手段培育高光效作物品种的可行性，但仍有许多问题需要进行深入系统的研究。
3.1 PEPC基因的转化虽然许多转基因植株PEPC的酶活与未转基因植株相比显著提高，但光合效率并未提高。
如Ku等得到的转基因水稻，其PEPC活力甚至是玉米的2～3 倍，但是除了其抗氧抑制的能力有所增强外，并未发现光合效率有所提高。
转基因植物中PEPC活力的提高，势必使其作用的产物——草酰乙酸(OAA)的浓度升高；如果生成的OAA不能迅速脱羧或被转运掉，其PEPC活力就会被OAA强烈抑制，因而就难以实质性地启动单细胞内的四碳双羧酸微循环而有效提高转基因作物中四碳双羧酸浓度，以致最终不能有效地提高光合效率。
3.2 脱羧酶基因的转化由于C3植物中PEPC基因的转入未能有效地提高转基因作物的光合效率，因此，人们又将C4循环中与脱羧相关的酶基因导人C3作物中，如磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenopyruvate carboxykinase，PEPCK) 和NADP-ME。
由于PEPCK是细胞质型的酶，若将其转到细胞质中，其脱羧反应发生在细胞质中，因而使得四碳双羧酸仅在细胞质中进行无效循环，并不能提高叶绿体内的CO2浓度，从而也难以提高Rubisco的效率。
因此，人们开始尝试把脱羧相关酶基因转到叶绿体中。
Hausler等将来自于F.pringlei的NADP-ME 或S. meliloti的PEPCK基因连同来自C.glutamicum的PEPC基因一同导人烟草中，结果对植物的光合表现并未产生实质性的影响。
Lipka等报道，将PEPC基因和NADP-ME基因分别转入细胞质和叶绿体中，结果除了能在高光强、高温下对同化CO2的电子需求有所降低外，其光合作用效率依然没有改善。
3.3 叶绿体内磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的再生将PEPC和NADP-ME基因引入C3植物，都未能有效地改善C3植物光合作用，因而人们又将注意力放在转基因植物中叶绿体内PEP再生问题上。
PPDK催化叶绿体内PEP的生成。
Ku等报道，过量表达PEPC和PPDK的转基因水稻的光合能力和产量分别增加35％和22％，这种结果有可能是由于PPDK基因的导入增加了叶绿体中PEP的含量所致，当然，这只是一种猜想，还需进一步的试验证明。
3.4 叶绿体中PEP的输出将叶绿体中由PPDK或PEPCK催化形成的PEP 有效地转运出去是在C3植物中运行C4循环的一个前提条件。
C3植物中计绿体型的PEP转运器(phosphoenolpyruvate/phosphate translocator，PPT)仅有很低的活性，势必成为四碳双羧酸循环的一个限制因素。
据Hiiusler 等引自UI Fliigge实验室未发表资料表明，来自花椰菜芽的PFF基因在CaMV35S启动子调控下导入烟草，转化体中PEP转运速度同野生型相比提高了10倍。
但目前对PPT活性的调节因素、PPT基因的表达、调控方式以及它在植物代谢中的作用等了解得还远远不够。