今日熱議：科學家揭示作物主效耐堿基因

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鹽堿地變良田，這是人類千百年的夢。如今，我國科學家的最新成果讓人類朝這個目標更進一步——他們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的產量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應用前景，有望極大提升我國糧食產量。

這項成果是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合作完成的，研究成果發表在北京時間3月24日出版的國際學術期刊《科學》和《國家科學評論》上。

聯合國糧農組織調查數據顯示，截止到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，其中堿地約占鹽漬化土壤的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。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。

這項研究的牽頭人之一、中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗研究員介紹，在實驗上，研究團隊取得了兩項突破：第一，采用混合堿穩定的pH體系，解決了過去實驗中土壤pH值變化大且不穩定導致實驗重復難度高的問題；第二，采用了起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實驗材料，解決了過去以模式植物擬南芥為材料，研究結果和生產實踐有差距的缺陷。

謝旗說：“我們首先通過全基因組關聯分析耐鹽堿差異大的高粱資源，鑒定出很多可能具備抗鹽堿能力的基因，發現其中的主效耐堿基因AT1，與水稻的粒形調控基因GS3同源。同時利用特異性熒光探針系統發現在高鹽堿脅迫中，AT1通過調控水通道蛋白的磷酸化來調節在逆境情況下水通道蛋白的活性，并將逆境導致產生的ROS（活性氧物質）泵到細胞外降低過氧化應激，首次揭示了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、玉米、小麥及谷子中也能發揮相似功能。”

農業研究的目標在應用——合作團隊對高粱進行耐鹽堿育種改良，在寧夏平羅鹽堿地進行的大田實驗表明，AT1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%。進一步將AT1基因用于改善主要禾本科作物水稻、小麥、谷子和玉米等的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地水稻年增產約22.4%~27.8%，在寧夏平羅鹽堿地谷子增產近19.5%，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。

中國科學院遺傳發育所陳受宜研究員，中國工程院院士、中國農業科學院作物科學研究所萬建民研究員，中國科學院院士、中科院植物研究所種康研究員，南方科技大學朱健康教授等，都對這項成果給予高度評價，認為其不僅在基礎理論上取得重大突破，還有極其重要的應用前景，有望在支撐鹽堿地綜合利用、保障國家糧食安全方面發揮重要作用。

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