在白花花的鹽堿地上，高粱、水稻等作物也能取得大豐收。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗團(tuán)隊(duì)與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授于菲菲團(tuán)隊(duì)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授歐陽亦聃團(tuán)隊(duì)聯(lián)合十家科研單位合作，在高粱中發(fā)現(xiàn)了主效耐堿基因AT1，首次揭示了作物耐堿的分子機(jī)制，并將相關(guān)理論成果應(yīng)用到水稻、小麥、玉米、谷子等作物上，顯著提升了這些作物在鹽堿地的產(chǎn)量。3月24日，相關(guān)研究成果在《科學(xué)》《國家科學(xué)評(píng)論》雜志發(fā)表。

鹽漬化土地分為酸堿度為中性、富含氯化鈉和硫酸鈉的鹽地，以及酸堿度呈堿性、富含碳酸鈉和碳酸氫鈉的蘇打鹽堿地。我國鹽堿地面積高達(dá)1億公頃，占世界鹽堿地總面積的近十分之一，全球氣候的變化、淡水的缺乏及化肥的大量使用，使得可耕土地鹽漬化速度加快。謝旗團(tuán)隊(duì)常年從事植物的耐鹽堿研究。此前，全球關(guān)于植物耐鹽機(jī)制已有大量科研成果，但植物究竟如何耐堿，仍缺乏機(jī)制方面的解讀。

“堿性土壤會(huì)影響植物吸收各類營(yíng)養(yǎng)元素，導(dǎo)致其生長(zhǎng)受抑制，就像是人吃不飽飯一樣沒有精神，慢慢枯萎凋亡?！敝x旗將目光放在了起源于非洲鹽堿地的高粱上，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)來自世界各地的高粱資源開展研究，利用高粱全基因組關(guān)聯(lián)分析，經(jīng)過數(shù)年的努力，終于鎖定了耐鹽堿調(diào)控的關(guān)鍵基因AT1。

什么樣的植物會(huì)更耐堿？謝旗團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在鹽堿環(huán)境下，植物細(xì)胞會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生有毒害作用的過氧化氫，最終導(dǎo)致植株死亡。當(dāng)AT1基因被敲除后，細(xì)胞上水通道蛋白變得更“活潑”，將過氧化氫及時(shí)泵到細(xì)胞外，讓植株擁有更高的存活率和產(chǎn)量。這一結(jié)論，首次揭示了作物耐堿的分子機(jī)制。

而將這項(xiàng)研究從高粱推廣至其他作物的契機(jī)之一，來自一次機(jī)場(chǎng)的偶遇。2019年，謝旗和中科院院士、中科院遺傳發(fā)育所研究員李家洋在候機(jī)廳短暫交流時(shí)發(fā)現(xiàn)，AT1基因在李家洋團(tuán)隊(duì)培育的水稻品種中也存在，它與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。謝旗團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位不斷擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)范圍，在水稻、玉米、小麥、谷子等作物上廣泛開展了AT1基因的功能驗(yàn)證。

在寧夏平羅的鹽堿地，白花花的地面仿佛剛剛下過一場(chǎng)雪。這里的土壤酸堿度達(dá)8.5，屬于堿性土壤，但改良了AT1/GS3基因的高粱、水稻、小麥、玉米、谷子，都能在這里茁壯成長(zhǎng)，均實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量、生物量提升20%至30%。如果全球20%的鹽堿地能利用該基因資源，每年將增產(chǎn)糧食約2.5億噸。

多位植物、作物耐逆領(lǐng)域知名專家評(píng)價(jià)該成果稱，“該工作綜合多種前沿生物技術(shù)手段，在多種作物中揭示了耐鹽堿機(jī)理的重大科學(xué)問題”，“該遺傳學(xué)機(jī)制揭示了植物界基礎(chǔ)科學(xué)重大問題，是科學(xué)界的重大發(fā)現(xiàn)”。

“這項(xiàng)研究成果，正是面向我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重大需求，從基礎(chǔ)研究著手，解決實(shí)際問題的典型案例。”中科院遺傳發(fā)育所副所長(zhǎng)黃勛說。研究團(tuán)隊(duì)表示，AT1基因在提高作物耐鹽堿性方面有巨大的應(yīng)用前景，有望為我國糧食安全發(fā)揮重要支撐作用。

（北京日?qǐng)?bào)客戶端記者 劉蘇雅）