原標題：鹽堿地“變身”高產地 科學家找到關鍵基因

來源：中國青年報

原標題：鹽堿地“變身”高產地 科學家找到關鍵基因

來源：中國青年報

在一片與人齊肩的高粱地里，一群人有的戴著太陽帽，有的拿著還未喝完的礦泉水，簇擁在一起照了張合照。這是中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗團隊在農場工作的一張普通的合影，但照片上面的致謝名單卻并不普通，上面有中國科學院院士、植物分子遺傳學家李家洋，有中國科學院院士、作物遺傳育種和植物分子生物學家張啟發，還有三位教授、兩位研究員等。在3月22日中國科學院舉行的媒體通氣會上，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗在介紹完一項重大成果后展示了這張照片和致謝名單。

正是這張照片里的科研團隊，以耐鹽堿作物高粱為材料首次發現主效耐堿基因AT1及其作用機制。大田實驗證明該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等作物在鹽堿地上的產量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應用前景。這一重要研究成果于北京時間2023年3月24日發表于國際學術期刊《科學》（Science）和《國家科學評論》（National Science Review）。

如何把鹽堿地變為高產地，在世界范圍內都是一個難題。

聯合國糧農組織調查數據顯示，截至2015年，全球超過10億公頃鹽漬化土壤因鹽堿程度過高而不能被有效利用，其中鹽堿化土壤約占鹽漬化土壤的60%。研究者預測，如果全球20%鹽堿地利用該基因，可每年為全球增產至少2.5億噸糧食，從而提高鹽堿地產能。

謝旗說，鹽堿地分為鹽化土壤和鹽堿化土壤兩種主要類型，鹽化土壤主要是含有氯化鈉、硫酸鈉等中性鹽，pH值（酸堿值）接近中性。他說，“目前全球在植物耐鹽研究方面方法較成熟且研究力量集中，已取得了很多成果，但對于植物（作物）耐堿機制仍了解較少。”

據他介紹，鹽堿化土壤主要由碳酸鈉或碳酸氫鈉等引起，過去的研究方法主要利用碳酸鈉或碳酸氫鈉調節實驗系統堿度進行實驗，在處理過程中pH值變化大且不穩定導致實驗重復難度高，研究團隊采用了混合堿（碳酸鈉:碳酸氫鈉=1:5）穩定的pH體系。

“另外由于常用的擬南芥等模式植物是甜土植物，適應性進化耐鹽堿遺傳信息可能存在缺陷而導致相關研究未有突破。因此為解決耐堿研究的材料選擇瓶頸問題，我們采用了起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實驗材料。土壤鹽堿大跨度變化的環境促使高粱通過進化形成了高度豐富的耐堿性遺傳資源。”謝旗說。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗團隊與中國農業大學于菲菲團隊、華中農業大學歐陽亦聃團隊聯合十家科研機構、高校、企業進行合作，獨辟蹊徑，通過全基因組大數據關聯分析耐鹽堿差異大的高粱資源，發現一個主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調控基因GS3同源。他們首次揭示了植物（作物）耐鹽堿的分子機制。另外還發現AT1的調控機制在主要糧食作物水稻、小麥、玉米及谷子中也存在。

基礎科研的探索，在農田里得到了答案。

合作團隊對高粱進行耐鹽堿育種改良，以寧夏平羅鹽堿地（pH值為9.10）進行的大田實驗表明，AT1/GS3基因的利用能夠使高粱籽粒增產20.1%，全株生物量（青貯用）增加近30.5%。在吉林大安鹽堿地（pH值為9.17）水稻增產約22.4%-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地（pH值為9.10）谷子增產19.5%。

“我們同時發現該基因的改造也能顯著增強玉米在鹽堿地的存活率。” 謝旗說。

有審稿人給該項研究留下了這樣一段評價：該遺傳學機制揭示了植物界基礎科學重大問題，是科學界的重大發現。另一位審稿人對此研究高度稱贊，認為研究涉及了多種農作物，而且工作量巨大；目前關于重要耐堿的位點未被解析，這個工作是農業生產方面的重大突破。

“耐堿性改良關鍵基因AT1的研究成果，就是面向我國農業生產的重大需求，從基礎研究著手解決實際問題的典型案例。”在中國科學院遺傳與發育生物學研究所副所長黃勛看來，AT1基因的發現及應用研究，不僅首次揭示了作物耐鹽堿的分子機制，還證明該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等耐鹽堿作物種質產量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應用前景。

未來，中國科學院遺傳與發育生物學研究所的科學家們把目光投向了更艱難的“戰役”：“鹽堿地適生作物創制與產能提升技術體系”重點任務、“黃河三角洲耐鹽堿品種創制與綜合利用技術示范”項目，重點攻關鹽堿地種業創新，促進鹽堿地綜合利用和產業化發展。

“我們要把飯碗牢牢地端在自己的手里。”此前謝旗研究組在國際上首次揭示了鳥選擇性取食不同品種高粱的機理和高粱種子包殼程度的調控機制，利用基因編輯技術培育出全球第一個稻花香型高粱新品系。所培育的耐鹽堿甜高粱品種，在我國東部、北部及西部鹽堿等貧瘠土地已推廣和種植了50多萬畝，為我國脫貧攻堅及鄉村振興作出了貢獻。

此次研究成果由中國科學院遺傳與發育生物學研究所科研團隊與中國農業大學、華中農業大學、中國科學院生物物理研究所、中國科學院東北地理與農業生態研究所、寧夏大學、揚州大學、北京大學現代農業研究院、山東大學和先正達集團中國十家科研單位、高校、企業合作完成的。

“通過強化團隊攻關、優化資源配置和評價體系等系列改革與保障措施，多學科聯合攻關，突破鹽堿地綜合利用的重大科學問題和關鍵技術瓶頸，為保障我國糧食安全作出新的更大的貢獻。”黃勛對未來充滿信心。

中青報·中青網見習記者 楊潔 來源：中國青年報

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