中国科学家在水稻耐碱—热基因挖掘与机制研究上取得新突破

日前，国际权威学术期刊《自然》（Nature）发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士研究团队与上海交通大学林尤舜研究团队在水稻耐盐碱和耐高温研究领域取得的突破性成果。该研究为应对全球气候变暖引发的粮食安全问题提供新策略，对盐碱地的开发利用和未来农业的可持续发展具有重要意义。

20世纪60年代开始，育种专家利用绿色革命基因（SD1、Rht1）对谷类作物赤霉素（一种植物激素）浓度或信号的调控，实现了水稻和小麦的半矮化育种，赋予了它们抗倒伏性。在大量施用化肥的作用下，谷物产量大幅提高，引发了农业“绿色革命”。半矮秆绿色革命品种在过去几十年里在全球广泛种植，在一定程度上确保了全球粮食安全。

然而，这些品种的环境适应性相对较低，随着全球气候变暖加剧，农业生产受到的影响也更甚。“尤其是水稻、大豆、玉米、小麦等四大主粮作物的减产，随着气候变暖愈发显著，对粮食安全产生威胁。此外，高温也会加剧耕地的盐碱化程度。”林鸿宣介绍说，开展相关研究，一方面是为了减少粮食作物在气候变化中的产量损失；另一方面，我国还有大量可开发利用的盐碱地储备。因此，迫切需要挖掘作物中耐盐碱、耐热基因，开发集强抗逆和高产于一体的新型绿色革命作物品种，以满足在气候变化的大环境下未来人口增长对粮食更大的需求，保障我国粮食安全。

据介绍，该成果通过对挖掘出的两个水稻耐碱—热基因——ATT1和ATT2的调控机制研究，原创性地提出了一个新理念，即精准调控植物激素——赤霉素到最佳中等水平是同时提高水稻碱—热抗性和产量的关键。研究团队发现一个长期以来被忽视的、具有潜力成为“后绿色革命”的关键基因ATT2，它可以微调赤霉素到最佳中等水平，从而有望进一步提高半矮秆绿色革命水稻的耐盐碱和耐高温能力，同时提高其产量。

该研究还提出两种微调赤霉素到中等水平的新方法，可以最大程度地减少逆境胁迫造成的产量损失：一是通过对ATT2的遗传工程改良来提高ATT2的表达量或增强ATT2的功能；二是外源施加适量的植物生长调节剂（赤霉素“920”）。林鸿宣介绍说，这些方法有望被广泛应用在水稻、小麦、玉米等主粮作物的育种改良中，不仅可以提高作物的抗逆性，维持其在盐碱、高温等不利环境下的产量稳定，还可以在正常田间条件下进一步提高谷物产量。这些研究结果为育种家培育“高产高抗”作物新品种提供了重要的理论依据，同时也为大面积盐碱地的开发利用提供了新的策略。

在上海松江农场，pH值达9的高碱性土壤中种植的水稻生长情况，含中等浓度活性赤霉素的水稻株系其耐碱性较强（右）。

长期以来，林鸿宣院士研究团队致力于水稻育种上游的基础研究工作，旨在为育种家提供更多基因资源。他在接受记者采访时表示，此次发表的成果耗时6年，其中鉴定、评价两个基因的抗热性和抗盐碱性工作最为困难，花费了大量精力。接下来，他将继续带领团队开展相关研究，进一步验证基因的开发利用价值。同时，不断发掘新的耐盐碱、耐高温的抗性基因，并尝试多种基因的组合应用，“单靠一个基因的效果没那么明显，我们希望发现更多的基因，把它们聚合在一块，能够使作物的抗性更进一步提高，减少产量的损失，为保证国家粮食安全作更多贡献。”

文：曹佳慧

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