JGG | 中国科学院遗传发育所傅向东/吴昆团队综述绿色革命水稻“减肥增效”育种策略

水稻作为我国乃至全球最重要的粮食作物之一，养育着世界近半数人口。上世纪60年代的绿色革命成功解决了施肥导致的植株倒伏问题，显著提高了水稻产量，但同时也降低了氮肥利用效率。随着氮肥的大量施用，由此引发的土壤退化与水体富营养化等环境问题日益严峻。因此，农业可持续发展面临的核心挑战在于：如何在减少氮肥用量的前提下，有效增强光合固碳能力以提高产量。破解这一增产与环保矛盾的关键在于深入优化作物碳–氮代谢过程及其同化产物的分配。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“

Design strategies for enhanced sustainable green revolution productivity in rice

该综述阐述了如下观点：首先，作物产量的提高依赖于光合作用能力的增强，包括提升光捕获和碳固定以增加光能利用，以及减少非光化学淬灭和光呼吸等引起的光能损耗。其次，协同提高氮吸收和同化能力是增强光合作用和提高水稻产量所必需的。同时，碳氮同化产物从源(叶片)向库(籽粒)的转运对水稻产量形成和收获指数的提高至关重要。此外，优化叶绿素分布和改善株型结构对于密植条件下群体光合效率和产量具有显著提升作用。最后，该综述指出未来还需要继续挖掘产量和氮肥利用效率的关键调控因子(如GRF4、DREB1C和dep1-1)，并且利用人工智能辅助蛋白定向进化和基因编辑技术创制新的优异等位基因，通过多基因聚合技术，培育“少投入、多产出、保护环境”的作物新品种，推动“新绿色革命”的实现。

优化“源–库–流”关系是提升水稻产量的关键

提高籽粒产量的根本在于优化“源–库–流”关系，具体通过以下途径实现：增强“源” (叶片或根)的能力以产生更多光合产物或吸收更多养分；增大“库” (籽粒)的容量，促进碳氮同化产物从源向库的转运。图中红色和蓝色箭头分别指示碳同化产物和氮同化产物的转运方向。

作者简介

中国科学院遗传与发育生物学研究所王硕勋博士为该综述第一作者，傅向东研究员和吴昆青年研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和新基石研究员项目等资助。