上?？茖W(xué)家在鹽堿人工試驗田種水稻，不僅沒有減產(chǎn)反而長勢喜人
高溫、鹽堿地、病蟲害……這些對于水稻而言都是“逆境”。一般來說，水稻的強(qiáng)抗逆性和高產(chǎn)量，“魚和熊掌不可兼得”。
近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心林鴻宣團(tuán)隊與上海交通大學(xué)林尤舜團(tuán)隊合作，在鹽堿人工試驗田種植的水稻株系，不僅沒有減產(chǎn)反而長勢喜人，與對照株系相比，單位面積增產(chǎn)約77%-100%。
他們在國際上首次提出了一個新概念——當(dāng)水稻體內(nèi)的赤霉素調(diào)控到最佳中等水平，可同時提高水稻的堿-熱抗性和產(chǎn)量。這為育種家培育“高產(chǎn)高抗”作物提供了重要的理論依據(jù)，同時也為鹽堿地的開發(fā)利用提供了新策略。
北京時間2025年1月30日，這一研究成果發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
【培育高產(chǎn)高抗作物是當(dāng)務(wù)之急】
赤霉素是一種植物激素，曾引發(fā)農(nóng)業(yè)“綠色革命”。上世紀(jì)60年代，對于容易倒伏的高稈水稻和小麥，育種家通過調(diào)控赤霉素的濃度或信號，實現(xiàn)半矮稈育種，增強(qiáng)了抗倒伏性，從而大幅提高谷物產(chǎn)量。此后，半矮稈品種在全球廣泛種植，在一定程度上確保了糧食安全，然而它們的環(huán)境適應(yīng)性相對較低，特別是不耐受高溫和鹽堿。
平均氣溫每升高1℃，會造成水稻、小麥、玉米等糧食作物3%-8%的減產(chǎn)。當(dāng)下，由于溫室氣體排放，全球氣候變暖，出現(xiàn)了極端高溫天氣，耕地鹽堿化加劇，導(dǎo)致作物大面積減產(chǎn)。因此，挖掘耐鹽堿、耐熱基因，開發(fā)強(qiáng)抗逆性和高產(chǎn)于一體的作物品種是當(dāng)務(wù)之急。
【具有潛力引發(fā)“后綠色革命”】
“最大的困難是對水稻的性狀表型進(jìn)行評價，由于耐鹽堿和耐熱的性狀易受環(huán)境影響，不穩(wěn)定，因此要不斷地去‘摸’條件，反復(fù)做實驗驗證，才能獲得可靠的結(jié)果。”林鴻宣告訴解放日報記者。
林鴻宣2001年學(xué)成回國后，一直致力于作物的抗逆境研究。此次，經(jīng)過6年多的努力，研究團(tuán)隊成功分離克隆了水稻堿-熱抗性基因ATT1和ATT2，闡明了它們調(diào)控耐鹽堿、耐熱的新機(jī)制，為解決半矮稈品種的抗逆性與產(chǎn)量互相拮抗的瓶頸問題提出了新方案。
研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)這兩個水稻耐堿-熱基因，通過控制赤霉素的合成來響應(yīng)堿-熱脅迫。在正常條件下，只需適當(dāng)提高半矮稈水稻品種的赤霉素含量，就可以提高產(chǎn)量；而在逆境脅迫條件下，由于水稻的內(nèi)源活性赤霉素水平會降低，需要將其調(diào)高到中等水平，則可最大程度減少環(huán)境脅迫帶來的產(chǎn)量損失。
值得一提的是，研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)ATT2這一基因可以微調(diào)赤霉素到最佳中等水平，具有潛力引發(fā)未來農(nóng)業(yè)的“后綠色革命”。
這些新發(fā)現(xiàn)有望在水稻、小麥、玉米等作物的育種改良中發(fā)揮重要作用，不僅可以提高抗逆性，維持其在鹽堿、高溫等不利環(huán)境下的產(chǎn)量穩(wěn)定，還可以在正常田間條件下提高谷物產(chǎn)量。
本文作者：解放日報 黃海華
題圖來源：在堿性土壤中，含中等濃度活性赤霉素的水稻株系耐堿性較強(qiáng)（右）
圖片來源：受訪單位