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科學家揭示作物主效耐堿基因有望讓鹽堿地變良田

來源：光明日報時間：2023-03-25 11:34:51

(資料圖片僅供參考)

本報北京3月24日電（記者齊芳）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(fā)現(xiàn)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(fā)育生物學研究所謝旗團隊與中國農業(yè)大學于菲菲團隊、華中農業(yè)大學歐陽亦聃團隊，聯(lián)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(yè)生態(tài)研究所、寧夏大學、揚州大學、北京大學現(xiàn)代農業(yè)研究院、山東大學和先正達集團合作完成的，研究成果發(fā)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(lián)合國糧農組織調查數(shù)據(jù)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(fā)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(wěn)定的pH體系，解決了過去實驗中土壤pH值變化大且不穩(wěn)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(lián)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)發(fā)現(xiàn)在高鹽堿脅迫中，AT1通過調控水通道蛋白的磷酸化來調節(jié)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(fā)現(xiàn)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(fā)揮相似功能。”

農業(yè)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(fā)現(xiàn)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(fā)育所陳受宜研究員，中國工程院院士、中國農業(yè)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(fā)揮重要作用。

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