在白花花的鹽堿地上，高粱、水稻等作物也能取得大豐收。中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員謝旗團隊與中國農業大學教授于菲菲團隊、華中農業大學教授歐陽亦聃團隊聯合十家科研單位合作，在高粱中發現了主效耐堿基因AT1，首次揭示了作物耐堿的分子機制，并將相關理論成果應用到水稻、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量。3月24日，相關研究成果在《科學》《國家科學評論》雜志發表。
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。謝旗團隊常年從事植物的耐鹽堿研究。此前，全球關于植物耐鹽機制已有大量科研成果，但植物究竟如何耐堿，仍缺乏機制方面的解讀。
“堿性土壤會影響植物吸收各類營養元素，導致其生長受抑制，就像是人吃不飽飯一樣沒有精神，慢慢枯萎凋亡。”謝旗將目光放在了起源于非洲鹽堿地的高粱上，他帶領團隊對來自世界各地的高粱資源開展研究，利用高粱全基因組關聯分析，經過數年的努力，終于鎖定了耐鹽堿調控的關鍵基因AT1。
什么樣的植物會更耐堿？謝旗團隊發現，在鹽堿環境下，植物細胞會發生氧化應激反應，產生有毒害作用的過氧化氫，最終導致植株死亡。當AT1基因被敲除后，細胞上水通道蛋白變得更“活潑”，將過氧化氫及時泵到細胞外，讓植株擁有更高的存活率和產量。這一結論，首次揭示了作物耐堿的分子機制。
而將這項研究從高粱推廣至其他作物的契機之一，來自一次機場的偶遇。2019年，謝旗和中科院院士、中科院遺傳發育所研究員李家洋在候機廳短暫交流時發現，AT1基因在李家洋團隊培育的水稻品種中也存在，它與水稻的粒形調控基因GS3同源。謝旗團隊聯合多家單位不斷擴大實驗范圍，在水稻、玉米、小麥、谷子等作物上廣泛開展了AT1基因的功能驗證。
在寧夏平羅的鹽堿地，白花花的地面仿佛剛剛下過一場雪。這里的土壤酸堿度達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，均實現了產量、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，每年將增產糧食約2.5億噸。
多位植物、作物耐逆領域知名專家評價該成果稱，“該工作綜合多種前沿生物技術手段，在多種作物中揭示了耐鹽堿機理的重大科學問題”，“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”。
“這項研究成果，正是面向我國農業生產重大需求，從基礎研究著手，解決實際問題的典型案例。”中科院遺傳發育所副所長黃勛說。研究團隊表示，AT1基因在提高作物耐鹽堿性方面有巨大的應用前景，有望為我國糧食安全發揮重要支撐作用。
記者 劉蘇雅 來源：北京日報客戶端
