从实验室到田间，抗热基因如何守护百姓饭碗？

水稻是我国超过半数人口的主食，一碗温热的米饭，承载着老百姓最朴素的民生期待。当前，全球气候变暖加剧，极端高温天气频发，水稻热害风险持续攀升，不仅直接影响粮食收成，更关乎国家粮食安全与百姓“饭碗”稳固。水稻为何迫切需要提升抗热能力？我国科学家在抗热研究领域取得了哪些突破性成果？这些科研发现如何从实验室走向田间地头，惠及育种实践与百姓生活？接下来，我们一同探寻其中答案。

酷暑“烤”验下，水稻为何急需“抗热buff”？

对水稻而言，高温是制约其生长发育的“隐形桎梏”。由高温引发的农业热害，已成为影响我国粮食生产安全的主要胁迫因子之一。相关数据显示，平均气温每升高1℃，水稻产量将下降3%~8%，极端高温天气下，减产幅度更为显著，严重时甚至导致绝收。

水稻的整个生育周期，均面临高温胁迫的潜在风险。在苗期遭遇高温，幼苗易出现枯萎死亡，影响田间基本苗数；抽穗开花期是水稻对高温最敏感的阶段，35℃以上的持续高温，会导致花粉粒破裂、丧失授粉能力，造成大量空粒、秕粒；灌浆期高温则会破坏米粒淀粉合成结构，导致籽粒干瘪、垩白率上升，既影响产量，也会降低稻米品质，导致口感变差、品相不佳。

我国长江流域、华南地区等水稻主产区，夏季常出现持续高温天气，双季早稻的抽穗灌浆期恰好处于盛夏高温时段，高温热害频发，严重制约水稻生产提质增效。对百姓而言，水稻减产可能引发大米供应紧张、价格波动，直接影响日常生活；对农业生产而言，高温热害已成为威胁粮食安全的重要隐患。因此，培育抗高温水稻品种、破解热害难题，既是保障粮食安全的迫切需求，也是守护百姓“饭碗”的关键举措。

科学家找到水稻抗热的“基因钥匙”

为破解水稻高温胁迫难题，我国科研工作者经过多年协同攻关，陆续挖掘出一系列水稻耐热关键基因，构建起水稻抗热分子调控网络。这些基因各司其职、协同作用，为培育抗热水稻品种提供了精准靶点与核心支撑。

自2015年以来，我国科研团队在水稻抗热基因研究领域持续突破，一系列关键成果相继问世：

2015年，中国科学院成功定位克隆我国首个水稻抗热基因自然位点TT1，该基因主要负责调控水稻苗期及抽穗期耐热性，通过介导泛素化降解途径，清除高温胁迫下产生的变性蛋白，减轻高温对水稻的损伤，为后续水稻抗热研究奠定了坚实基础。

2022年，中国科学院又发现TT2核心抗热基因、同时与上海交大合作发现TT3核心抗热基因。其中，TT2基因通过调控蜡质合成与钙信号传导，减少水稻水分散失、稳定细胞膜结构，以“稳态调控”方式赋予水稻全生育期耐热能力，将其导入优良水稻品种后，高温环境下单株产量增幅可达54.7%，且该基因在小麦、玉米等其他主粮作物中存在同源序列，应用前景广阔；TT3基因由TT3.1和TT3.2两个拮抗基因组成，TT3.1可作为潜在高温感受器，在高温条件下特异性降解损伤叶绿体的TT3.2，从而保护水稻光合作用正常进行，将其导入亚洲栽培稻后，高温下小区产量增幅约20%，增产效果显著。

2025年，中国科学院联合上海交大、广州实验室，发现DGK7与MdPDE1两个关键基因，破解了水稻感知高温的“双重信号解码”机制。DGK7作为细胞膜上的“高温哨兵”，在高温胁迫下被激活，生成脂质信使磷脂酸，完成物理高温信号向化学信号的转换；MdPDE1接收信号后进入细胞核，调控耐热基因表达，二者协同作用，显著提升水稻对高温的快速响应能力。试验显示，单基因改良株系高温下产量可提升50%-60%，双基因协同改良株系产量增幅可达一倍。

2025年，华中农业大学发现QT12基因，该基因通过形成“NF-YA8/NF-YB9/NF-YC10双生锁”，平衡高温下水稻籽粒淀粉与储藏蛋白的合成，有效解决了高温导致的稻米品质下降问题，长江流域田间试验表明，其改良株系在高温下产量与米质均实现显著提升；同年，中国水稻研究所发现OsHsp70-2/OsHsp40-1基因，该基因作为分子伴侣，可抑制高温下淀粉异常合成，降低米粒垩白率，提升稻米口感与品相。

除此之外，浙江大学也有重要发现，他们找到一组基因模块，能帮水稻更好抗热。这组基因能让水稻表面长出更多蜡质，就像给水稻穿了件“隔热防晒衣”，既能减少高温下的水分蒸发、降低植株温度，又能保护水稻细胞不被高温损伤，尤其在水稻苗期和抽穗期，抗热效果特别明显，也为培育抗热水稻提供了新方向。

2026年，中国水稻研究所进一步发现Fd1/FNR1基因，该基因主要负责稳定高温下水稻的光合作用，保护花药活力，有效提升水稻结实率，为水稻高温环境下的高产稳产提供了重要支撑。

这些抗热基因形成了“高温感知—信号传递—器官保护—产量品质稳定”的完整分子网络，为水稻抗热育种提供了丰富的基因资源与精准的技术路径。

从实验室到田间，抗热基因如何守护百姓饭碗？

对老百姓来说，实验室里的基因研究或许遥远，但这些水稻抗热成果，正通过育种技术悄悄走出实验室，走进田间地头，守护百姓“饭碗”。

对种植户而言，耐热水稻品种的育成，将改变过去“高温天靠天吃饭”的被动局面，不仅让农民种粮更省心、更安心，也保障了种植收益的稳步提升，进一步激发了农民的种粮积极性，为粮食稳定供应筑牢了田间基础。

对普通百姓而言，未来耐热水稻品种的广泛推广，将有效保障高温天气下的水稻产量稳定，避免因减产导致的大米供应紧张、价格大幅波动，让百姓每天都能稳稳吃上一碗热米饭，守住了“吃饱”的民生底线。同时，这些抗热品种不仅高产，更注重品质提升，有效降低了高温环境下稻米的垩白率，让米粒更晶莹、口感更软糯、香气更浓郁，彻底改变了过去高温天米饭“粗糙、夹生”的问题，实现了“吃饱”向“吃好”的升级。

从长远来看，随着全球气候变暖加剧，极端高温天气将愈发频繁，水稻抗热基因的应用，将帮助水稻更好地适应气候变化，有效防范大面积减产、降质、供应不足等风险，为我国粮食安全筑牢坚实防线，给百姓吃下一颗“定心丸”。

来源：科普中国