2022年9月6日，科研團(tuán)隊(duì)在北京市房山區(qū)測(cè)產(chǎn)中科甜968品種，該高粱品種株高4.35米。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗團(tuán)隊(duì)供圖

在一片與人齊肩的高粱地里，一群人有的戴著太陽(yáng)帽，有的拿著還未喝完的礦泉水，簇?fù)碓谝黄鹫樟藦埡险?。這是中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗團(tuán)隊(duì)在農(nóng)場(chǎng)工作的一張普通的合影，但照片上面的致謝名單卻并不普通，上面有中國(guó)科學(xué)院院士、植物分子遺傳學(xué)家李家洋，有中國(guó)科學(xué)院院士、作物遺傳育種和植物分子生物學(xué)家張啟發(fā)，還有三位教授、兩位研究員等。在3月22日中國(guó)科學(xué)院舉行的媒體通氣會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗在介紹完一項(xiàng)重大成果后展示了這張照片和致謝名單。

正是這張照片里的科研團(tuán)隊(duì)，以耐鹽堿作物高粱為材料首次發(fā)現(xiàn)主效耐堿基因AT1及其作用機(jī)制。大田實(shí)驗(yàn)證明該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等作物在鹽堿地上的產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景。這一重要研究成果于北京時(shí)間2023年3月24日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）和《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）。

如何把鹽堿地變?yōu)楦弋a(chǎn)地，在世界范圍內(nèi)都是一個(gè)難題。

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2015年，全球超過(guò)10億公頃鹽漬化土壤因鹽堿程度過(guò)高而不能被有效利用，其中鹽堿化土壤約占鹽漬化土壤的60%。研究者預(yù)測(cè)，如果全球20%鹽堿地利用該基因，可每年為全球增產(chǎn)至少2.5億噸糧食，從而提高鹽堿地產(chǎn)能。

謝旗說(shuō)，鹽堿地分為鹽化土壤和鹽堿化土壤兩種主要類型，鹽化土壤主要是含有氯化鈉、硫酸鈉等中性鹽，pH值（酸堿值）接近中性。他說(shuō)，“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，但對(duì)于植物（作物）耐堿機(jī)制仍了解較少?！?/p>

據(jù)他介紹，鹽堿化土壤主要由碳酸鈉或碳酸氫鈉等引起，過(guò)去的研究方法主要利用碳酸鈉或碳酸氫鈉調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)堿度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在處理過(guò)程中pH值變化大且不穩(wěn)定導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)重復(fù)難度高，研究團(tuán)隊(duì)采用了混合堿（碳酸鈉:碳酸氫鈉=1:5）穩(wěn)定的pH體系。

“另外由于常用的擬南芥等模式植物是甜土植物，適應(yīng)性進(jìn)化耐鹽堿遺傳信息可能存在缺陷而導(dǎo)致相關(guān)研究未有突破。因此為解決耐堿研究的材料選擇瓶頸問(wèn)題，我們采用了起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實(shí)驗(yàn)材料。土壤鹽堿大跨度變化的環(huán)境促使高粱通過(guò)進(jìn)化形成了高度豐富的耐堿性遺傳資源?！敝x旗說(shuō)。

中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲團(tuán)隊(duì)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽(yáng)亦聃團(tuán)隊(duì)聯(lián)合十家科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)進(jìn)行合作，獨(dú)辟蹊徑，通過(guò)全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析耐鹽堿差異大的高粱資源，發(fā)現(xiàn)一個(gè)主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。他們首次揭示了植物（作物）耐鹽堿的分子機(jī)制。另外還發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機(jī)制在主要糧食作物水稻、小麥、玉米及谷子中也存在。

基礎(chǔ)科研的探索，在農(nóng)田里得到了答案。

合作團(tuán)隊(duì)對(duì)高粱進(jìn)行耐鹽堿育種改良，以寧夏平羅鹽堿地（pH值為9.10）進(jìn)行的大田實(shí)驗(yàn)表明，AT1/GS3基因的利用能夠使高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，全株生物量（青貯用）增加近30.5%。在吉林大安鹽堿地（pH值為9.17）水稻增產(chǎn)約22.4%-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地（pH值為9.10）谷子增產(chǎn)19.5%。

“我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)該基因的改造也能顯著增強(qiáng)玉米在鹽堿地的存活率?！?謝旗說(shuō)。

有審稿人給該項(xiàng)研究留下了這樣一段評(píng)價(jià)：該遺傳學(xué)機(jī)制揭示了植物界基礎(chǔ)科學(xué)重大問(wèn)題，是科學(xué)界的重大發(fā)現(xiàn)。另一位審稿人對(duì)此研究高度稱贊，認(rèn)為研究涉及了多種農(nóng)作物，而且工作量巨大；目前關(guān)于重要耐堿的位點(diǎn)未被解析，這個(gè)工作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的重大突破。

“耐堿性改良關(guān)鍵基因AT1的研究成果，就是面向我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大需求，從基礎(chǔ)研究著手解決實(shí)際問(wèn)題的典型案例?！痹谥袊?guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所副所長(zhǎng)黃勛看來(lái)，AT1基因的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用研究，不僅首次揭示了作物耐鹽堿的分子機(jī)制，還證明該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等耐鹽堿作物種質(zhì)產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景。

未來(lái)，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的科學(xué)家們把目光投向了更艱難的“戰(zhàn)役”：“鹽堿地適生作物創(chuàng)制與產(chǎn)能提升技術(shù)體系”重點(diǎn)任務(wù)、“黃河三角洲耐鹽堿品種創(chuàng)制與綜合利用技術(shù)示范”項(xiàng)目，重點(diǎn)攻關(guān)鹽堿地種業(yè)創(chuàng)新，促進(jìn)鹽堿地綜合利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“我們要把飯碗牢牢地端在自己的手里?！贝饲爸x旗研究組在國(guó)際上首次揭示了鳥(niǎo)選擇性取食不同品種高粱的機(jī)理和高粱種子包殼程度的調(diào)控機(jī)制，利用基因編輯技術(shù)培育出全球第一個(gè)稻花香型高粱新品系。所培育的耐鹽堿甜高粱品種，在我國(guó)東部、北部及西部鹽堿等貧瘠土地已推廣和種植了50多萬(wàn)畝，為我國(guó)脫貧攻堅(jiān)及鄉(xiāng)村振興作出了貢獻(xiàn)。

此次研究成果由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所、中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、寧夏大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、山東大學(xué)和先正達(dá)集團(tuán)中國(guó)十家科研單位、高校、企業(yè)合作完成的。

“通過(guò)強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)攻關(guān)、優(yōu)化資源配置和評(píng)價(jià)體系等系列改革與保障措施，多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，突破鹽堿地綜合利用的重大科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為保障我國(guó)糧食安全作出新的更大的貢獻(xiàn)。”黃勛對(duì)未來(lái)充滿信心。

中青報(bào)·中青網(wǎng)見(jiàn)習(xí)記者 楊潔 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)