碳四基因

碳四基因，是指碳四植物的植物基因，由於C4植物光呼吸非常弱，因此光合效率很高。

基本介紹

• 中文名：碳四基因
• 外文名：Carbon four gene

科學解釋

玉米的維管束鞘充滿了大型葉綠體

玉米的維管束鞘充滿了大型葉綠體

碳三植物：植物在進行光合作用的時候，固定二氧化碳時需要一個酶，稱作核酮糖1,5二磷酸羧化酶（RuBisCo）。這種酶能夠將二氧化碳和植物內部的核酮糖1,5二磷酸結合，然後生成兩分子的3-磷酸甘油酸。3-磷酸甘油酸是一種含有3個碳原子的有機物，被視為二氧化碳固定後第一種產生的有機物，因此通過這條途徑固定二氧化碳的植物，被稱作碳三植物（C3）。
但是這個RuBisCo有點調皮，它不但能促使二氧化碳固定，在二氧化碳濃度較低或光照很強的時候，它還可以讓核酮糖1,5二磷酸和氧氣結合，然後產生二氧化碳。這一過程不能固定二氧化碳，反而像呼吸作用一樣造成有機物損失，因此這一過程稱為光呼吸。光呼吸造成了光合效率的降低。
碳四植物：玉米、高粱等植物，則通過另一種方式固定二氧化碳。它結合二氧化碳的，是一種含有三個碳原子的分子（磷酸烯醇式丙酮酸），因此生成的第一種二氧化碳固定產物，是含有四個碳原子的有機物（草醯乙酸）。因此具有這種固定二氧化碳方式的植物稱作C4植物。
由於C4植物光呼吸非常弱，因此光合效率很高，能夠在低二氧化碳濃度或強光情況下，固定更多的二氧化碳來轉化為有機物，從而提高產量。因此，讓水稻等C3植物轉化為C4植物是研究熱點。不過，這一過程非常複雜，因為水稻內缺乏很多進行C4過程的酶。這就涉及到很多相關酶基因的轉移和受控表達，因此近期內很難得到讓人滿意的轉基因作物。不過一旦成功，影響將是巨大的。

轉基因目的

簡單說，C4植物（玉米）是自帶二氧化碳“壓縮機”的，可以提高光合作用效率。要做的就是把這種壓縮機搬運到C3植物（水稻）中去，提高C3植物的光合效率。

技術原理

C4途徑中，二氧化碳固定在葉肉組織中完成，而3-PG的合成則在維管束鞘細胞中完成，草醯乙酸作為二氧化碳的運輸形式在葉肉中合成，然後在維管束鞘細胞中分解放出二氧化碳。C4途徑的高效率關鍵就在二氧化碳固定和3-PG合成反應在空間上的差異，葉肉組織可以不停地固定二氧化碳然後運到維管束鞘細胞中釋放，使得Rubisco周圍的二氧化碳保持高濃度，反應向合成3-PG的方向進行。

打個比方的話，C3是一個人手工組裝所有零件，C4是流水線生產。所以C3轉C4並不是一個簡單的遺傳工程問題。

袁隆平研究

袁隆平研究碳四基因

袁隆平研究碳四基因

有“雜交水稻之父”之稱的著名農學家袁隆平2014年1月在接受媒體採訪時談到對轉基因的看法，認為轉基因也是今後的發展方向，同時透露他正在研究把玉米的碳四基因轉到水稻中，光合效率可以提高30%到50%，提高產量。