科技日報記者 陸成寬

“這是全球10億公頃鹽堿地的福音。”“這項研究為未來培育耐鹽堿植物，打開了一扇大門。”“鹽堿地有救了！”……在中國科學院召開的新聞發布會上，專家們對3月24日發表于《科學》和《國家科學評論》上的作物耐堿研究成果贊不絕口。

(資料圖)

以耐鹽堿作物高粱為材料，中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗團隊與中國農業大學于菲菲團隊、華中農業大學歐陽亦聃團隊聯合十家科研單位合作，找到了作物耐鹽堿的“密碼”。他們發現了作物的主效控堿基因AT1及其作用機制。

更重要的是，鹽堿地實驗證明，敲除該基因可顯著提升高粱、水稻、玉米、小麥和谷子等作物在鹽堿地的產量。

從高粱入手揭開耐堿奧秘

鹽堿地有兩種類型，分別是鹽化土壤和堿化土壤。很多重度鹽堿地的表面都蓋著一層“白被子”，由于土壤表層鹽類、堿類集積，上面幾乎寸草不生。

聯合國糧農組織調查數據顯示，截至2015年，全球有超過10億公頃鹽堿地不能被有效利用，其中堿化土壤約占鹽堿地的60%。

“目前全球在植物耐鹽研究方面方法較成熟且研究力量集中，已取得了很多成果，發表的論文有20000多篇；但對于植物耐堿機制，我們卻仍然了解甚少，發表的論文僅457篇。”謝旗坦言。

“高粱起源于高鹽堿的非洲薩赫勒地區，它能夠適應各種鹽堿地，具有高度豐富的耐堿性遺傳資源。”謝旗等研究人員瞄準高粱，希望能夠從高粱入手，揭開其耐堿的奧秘。

通過對高粱進行全基因組大數據關聯分析，研究人員很快就發現一個主效調控耐堿的基因AT1，與水稻的粒形調控基因GS3同源。同時，利用特異性熒光探針系統，研究人員首次揭示了作物高抗鹽堿的分子機制。他們發現，在高鹽堿環境中，AT1基因通過調控水通道蛋白的磷酸化來調節水通道蛋白的活性，并將多余的ROS（活性氧物質）排到細胞外，以降低作物的氧化應激反應。

另外，研究人員還發現AT1在主要糧食作物水稻、玉米、小麥及谷子的調控機制，也與高粱相似。

田間實驗增產效果顯著

在重大理論突破的基礎上，合作團隊也進行了大田試驗。在寧夏平羅鹽堿地的實驗結果表明，AT1基因的利用能夠使高粱籽粒增產20.1%，全株生物量增加近30.5%。

同時，研究人員進一步將AT1基因用于改善水稻、谷子和玉米等作物的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地，水稻不同年份增產22.4%-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地谷子增產近19.5%。研究人員發現，敲除該基因也能顯著增強玉米在鹽堿地的存活率。

這項研究成果也得到了審稿人的高度評價。一位審稿人稱，該工作綜合多種前沿的生物技術，在多種植物中揭示了耐鹽堿的重大科學問題。另一位審稿人表示，這項研究揭示一個重要的禾本科作物保守的生物學機制，該遺傳學機制揭示了植物界基礎科學重大問題，是科學界的重大發現。第三位審稿人則認為，該研究涉及了多種農作物，而且工作量巨大；目前關于重要耐堿的位點未被解析，這個工作是農業生產方面的重大突破。

研究人員預測，如果全球20%的鹽堿地種植AT1基因改良的作物，可每年為全球增產至少2.5億噸糧食，從而提高鹽堿地產能。該基因在提高作物耐鹽堿性方面有巨大的應用前景，有望為支撐我國國家糧食安全及鹽堿地綜合利用的國家戰略發揮重要作用。

（圖片由中科院遺傳發育所提供）

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