高温天气粮食减产怎么办？中国科学家破译水稻“耐热”密码

全球气候变暖威胁全球粮食安全的根基，如何挖掘作物中的耐热基因，已成为农业科技领域的迫切任务。中国科学家的最新研究，破译了水稻“热警报”双重密码。

北京时间12月3日凌晨，中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士团队与上海交通大学林尤舜研究员团队、广州国家实验室李亦学研究员团队合作在国际权威学术期刊《细胞》(Cell)上发表研究论文。该成果破解了水稻感知并响应高温的双重密码锁，揭示了植物中的一个循序激活、协同串联的热信号感知机制；通过对该机制的遗传改良，培育出具有梯度耐热性的水稻新株系，助力作物耐高温分子育种，为应对全球变暖导致的粮食减产提供了新的解决方案。

这意味着，科学家不仅能增强作物的耐热性，更能像调节音量一样精准设计“梯度耐热”品种，以适应不同地区的气候需求，维持作物在高温环境下的产量稳定。

受访者供图

林鸿宣对包括第一财经在内的媒体介绍，由于高温会损害作物花粉活力、阻碍授粉与灌浆过程，明显降低产量和品质，直接削弱了主粮产区的生产潜能，已成为当下最严峻、最直接的粮食安全挑战之一。

当高温来袭，植物细胞如何“感知”并“响应”？高温会引发细胞膜的组分变化，触发“膜脂重塑”。然而，这种变化如何被细胞“识别、转换和解读”，一直是未解之谜。

研究团队经过多年努力，成功鉴定到水稻中两个关键调控因子，DGK7（二酰甘油激酶）和MdPDE1（磷酸二酯酶）。它们像一套精密协作的“警报系统” ，将高温物理信号一步步转化为细胞能够理解的“生物指令”，完成一场从细胞边界到细胞核的“传讯”。该发现系统连接了从细胞膜脂质重塑到核内信号级联的完整过程，解决了领域内长期存在的难题。

机制的破解为育种提供了精准靶点。研究团队基于DGK7和MdPDE1开展遗传设计，在模拟高温的田间试验中：单基因改良的水稻株系比对照株系增产50%-60%；而TT2协同DGK7的双基因改良株系比对照株系产量提升约一倍，米质比对照好，且不影响正常条件下的产量。

受访者供图

寻找水稻的关键基因要通过大规模的实验筛选鉴定，每年最热的七八月，林鸿宣都要带着学生下到农田里，观察水稻生长性状。谈及研究水稻抗逆性状等问题的意义，林鸿宣说，保证粮食安全对我国意义重大，如果挖掘到水稻的“优良”基因，就可提高水稻抗逆能力，从而实现稳产，对解决粮食作物的实际生产问题非常有意义。

据研究团队介绍，中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后阚义、博士研究生穆晓瑞、广州国家实验室瞿芳芳副研究员为本文第一作者，上海交通大学林尤舜研究员、分子植物中心林鸿宣院士、广州国家实验室李亦学研究员为本文通讯作者。该工作得到国家基金委、农业生物育种国家科技重大专项、国家重点研发项目、上海交通大学“2030”项目、上海市现代种业协同创新中心、广州实验室、广东省基础与应用基础研究基金等的资助。