11月2日，袁隆平團隊研究的雜交水稻迎來晚稻測産，測得晚稻平均畝産爲911.7公斤。今年7月，測得早稻平均畝産爲619.06公斤。兩者相加，雙季畝産突破1500公斤。這樣高的産量，真是一個好消息。
但是，這是早晚兩季産量合計所創造的最高記錄。至于單季的最高産量，則是2017年袁隆平團隊選育的超級雜交稻品種“湘兩優900（超優千號）”在河北省矽谷農科院超級雜交稻示範基地創造的平均畝産1149.02公斤，即每公頃17.2噸。這是世界水稻單産的最高紀錄。
小麥的産量不如水稻。國內小麥畝産最高紀錄是856.9公斤。2019年全國小麥畝産最高紀錄來自山東，畝産爲840.7公斤。而國外的記錄由新西蘭創造，2010年新西蘭戈爾的奧塔馬農場創造小麥最高産量15.636噸/公頃，即畝産1042.4公斤。
玉米的産量往往比水稻和小麥都高得多。
我國玉米的最高産量記錄，2020年19月經農業農村部和全國玉米栽培學組專家實測驗收，産生于新疆兵團第六師奇台總場，達到1663.25公斤/畝。
而美國的玉米畝産還要高得多。2019年美國玉米産量競賽(NCYC)結果公布，折合2576.48公斤/畝，而2017年競賽中的記錄也有2267.39公斤/畝之多。
水稻、小麥和玉米是最重要的糧食作物。它們都是禾本科的植物，我們所食用的都是它們的種子，其成分也大同小异，都是以澱粉爲主，其次是蛋白質。上面所說這些“最高紀錄”都是人們在利用了他們能够做到的最佳水、肥、陽光等條件下産生的，但是，我們看到，玉米的産量遠遠高于水稻和小麥，幾乎是水稻或小麥的兩倍。
這是什麽原因呢？我們不妨從頭說起。
無論是水稻小麥還是玉米，它們的成長都依靠著光合作用。也就是說，它們從一粒種子，長成一棵植株，最後再結籽，增加的這麽多物質的主體，都來自水和空氣中的二氧化碳。最主要的反應是水和二氧化碳經過一系列複雜的過程，生成了葡萄糖。二氧化碳有一個碳原子，葡萄糖是六個碳原子，澱粉和纖維素則是把千百個葡萄糖連在一起。從原則上說，有千千萬萬個碳原子的澱粉、纖維素都是由二氧化碳一個又一個地接起來的。但是，中間有幾個節點是特別重要的，一個是有六個碳原子的葡萄糖，而合成葡萄糖的過程中，那三個碳原子的有機化合物磷酸甘油酯又是一個節點。
把由一個碳原子的二氧化碳組合是葡萄糖，組合成澱粉、纖維素，是需要能量的（你怎麽知道需要能量？燃燒纖維素生成二氧化碳和水幷放出熱量是我們每一個人都看得到的。把反應倒轉回去，要二氧化碳和水生成纖維素當然需要能量。）這種能量的來源就是日光。這就是所謂光合作用。
人們常常說，我們每天食用了多少多少能量，也就是食用了含有多少能量的食物。無論是澱粉、脂肪還有一部分蛋白質，被消化吸收以後，在我們體內都會氧化而放出能量，供我們身體運動。這些能量都是太陽光的輻射能經過植物的光合作用儲存在澱粉、脂肪或蛋白質裏面的化學能（當然，化學能的本質仍然是電磁相互作用）。
各種植物光合作用的方式幷不完全相同，因而利用太陽光的效率幷不相同。
水稻和小麥利用太陽光進行光合作用的方式相似，它們都屬于碳三植物。而玉米則與之不同，它屬于碳四植物。
碳三植物與碳四植物的光合作用過程有什麽差別呢？
光合作用需要分步進行。第一步是植物吸收陽光，産生高能量的分子ATP(三磷酸腺苷)。說它是高能量的分子是因爲它可以轉化成ADP（二磷酸腺苷）而放出能量。生物體內化學反應所需要的能量，可以由ATP供給。所以，生成ATP的這一步，可以看成是給這部“合成化學機器”準備能源。在這個步驟中，還生成了對于植物而言的“副産品”——氧氣。對于全地球的動物來說，則是一個巨大的福利，今天我們地球上有這麽多氧氣，這樣的生動活潑，多虧了這些光合作用的“副産品”。這一步，碳三與碳四植物是一樣的。
第二步則不需要光了，有人稱之爲暗反應，也有人稱之爲碳反應，在這一步，由二氧化碳和水合成有機物。
暗反應的第一個步驟，對絕大多數植物來說，是要把空氣中的二氧化碳固定到二磷酸核酮糖（一種含有5個碳原子的化合物）上，結合後使它增加了一個碳原子，但是新生成的這個6碳分子很不穩定，立即分裂成2個含3個碳原子的磷酸甘油酸。這些3個碳原子的磷酸甘油酸再經過一系列複雜的生物化學反應，最終生成葡萄糖、澱粉等等。當然，這裏合成反應所需要的能量都來自于第一步合成的ATP。由于這裏固定二氧化碳首先生成的是有3個碳的化合物磷酸甘油酸，所以采用這種方式固碳的植物，叫做碳三植物。
當然，與所有的生物化學反應一樣，這個固碳過程需要酶的催化，這種酶有兩種功能：羧化和加氧。如果這種酶遇到二氧化碳，就把二氧化碳加到有機物上面去，讓它的碳鏈變長，這叫羧化。而如果遇到氧氣，就會使有機物氧化了，又變成了二氧化碳。這裏，氧化是一個很糟糕的事情，它是在拆臺。由于是放出二氧化碳，所以也被人稱爲“呼吸作用”（實際上這個名稱幷不合適）。
氧化過程大大降低了光合作用的效率，有人估計一般情况下是進二退一，即實際效率只有原來的一半。空氣中是同時存在氧氣和二氧化碳的，而且氧氣比二氧化碳要多得多，幸好這種酶對二氧化碳的親和力比氧强，所以在一般情况下，這種低效率的固碳方式還能够能被容忍。據說，這種固碳方式産生于遠古時代，那時候在地球表面的空氣中二氧化碳含量高于氧氣。在生物進化過程中，有些最基本的機制是很難改變的，原始植物的這種固碳機制後來就一直沿用了下來。據說現有的植物物種中，95%都是碳三植物，包括水稻、小麥等等。
光合作用需要二氧化碳，這是通過葉片的氣孔取得的。只有打開氣孔才可能進氣，然而，氣孔一開，植物中的水分也能够蒸發掉。實際上，植物從根部得到的寶貴水分，絕大多數都這樣白白地跑了。如果炎熱乾旱，植物必須减少開放氣孔的時間，但是，氣孔不開，二氧化碳就進不去，羧化反應無法進行，而太陽一曬，光合作用的第一步却仍然在進行，還要産生出氧氣，“拆臺”的氧化反應却還會進行，這樣總的固碳效率變得非常低下。所以，在炎熱乾旱的條件下，碳三植物的生存面臨著巨大的挑戰。
在這種情况下，有一部分植物就發展出一種新的固碳機理。它們的葉片與碳三植物有所不同。葉子裏有輸送水等物質管道，稱維管束，維管束的邊上是鞘細胞。在這些新的植物中，鞘細胞的外面排列著整齊的葉肉細胞，葉肉細胞裏含有一種新的羧化酶，這種酶能够固定二氧化碳，生成含4個碳原子的蘋果酸。所以這些植物被稱爲碳四植物。
那麽是不是蘋果酸就作爲合成葡萄糖的原料呢？不是的。這些蘋果酸跑到裏面的鞘細胞中，却放出來一個二氧化碳分子，剩下的3個碳原子的化合物，又跑回葉肉細胞去合成新的蘋果酸去了。而在鞘細胞裏面，那些與碳三植物一樣的羧化/氧化酶正等著蘋果酸送來的二氧化碳，好進行羧化反應呢！而這裏，就基本上沒有氧氣來搗亂了。酶可以專心進行羧化反應。碳四植物的暗反應多了一步，就是先合成蘋果酸，讓蘋果酸擔任“運輸”二氧化碳的作用，這樣一來，就避免了碳三植物中討厭的氧化過程。所以，碳四植物的光合作用效率就遠遠高于碳三植物。
像玉米、甘蔗那樣的碳四植物，由于光合作用對于光的利用率高，所以它們都植株粗大。它們植株上的所有組成，包括根莖葉花果實，都是光合作用的産物。
由于碳四植物對光能的利用率高，所謂生物能源，很重要的一類是燃料乙醇，基本上都是由碳四植物做原料加工而成的。
也正由于玉米等碳四植物對光能的利用率高，所以如果能够把碳四基因想辦法轉移到水稻、小麥等碳三植物上去，那就能够大大提高水稻小麥等作物的産量，而且這樣的基因不涉及令有些人恐懼的如抗蟲基因這樣可能的毒性。
這是一件非常有意義的工作，當然也是非常困難的工作。據報道，包括袁隆平在內的許多科學家都對此非常感興趣，正在做這方面的研究工作。我們期望科學家在這方面能够早日取得突破，爲人類的糧食事業作出更大的貢獻。