“這是全球10億(yi) 公頃鹽堿地的福音”“這項研究為(wei) 未來培育耐鹽堿植物，打開了一扇大門”“鹽堿地有救了”……在中國科學院召開的新聞發布會(hui) 上，專(zhuan) 家們(men) 對3月24日發表於(yu) 《科學》和《國家科學評論》上的作物耐堿研究成果讚不絕口。

　　以耐鹽堿作物高粱為(wei) 材料，中國科學院遺傳(chuan) 與(yu) 發育生物學研究所謝旗研究員團隊與(yu) 中國農(nong) 業(ye) 大學於(yu) 菲菲教授團隊、華中農(nong) 業(ye) 大學歐陽亦聃教授團隊聯合10家科研單位，找到了作物耐鹽堿的“密碼”。他們(men) 發現了作物的主效控堿基因AT1及其作用機製。

　　更重要的是，鹽堿地實驗證明，敲除該基因可顯著提升高粱、水稻、玉米和穀子等作物在鹽堿地的產(chan) 量。

　　亟須探索作物耐堿機製

　　鹽堿地有兩(liang) 種類型，分別是鹽化土壤和堿化土壤。由於(yu) 土壤表層鹽類、堿類集積，很多重度鹽堿地幾乎寸草不生。

　　聯合國糧農(nong) 組織調查數據顯示，截至2015年，全球有超過10億(yi) 公頃的鹽堿地不能被有效利用，其中堿化土壤麵積約占鹽堿地的60%。

　　“目前全球在植物耐鹽方麵研究力量集中，已取得了很多成果，發表的論文有2萬(wan) 多篇；但對於(yu) 植物耐堿機製，我們(men) 卻仍然了解甚少，發表的論文僅(jin) 457篇。”謝旗坦言。

　　為(wei) 何植物耐堿的研究如此欠缺呢？其中一個(ge) 原因是實驗室模式植物如擬南芥，通常並非起源於(yu) 鹽堿地，因此缺乏耐堿遺傳(chuan) 適應性。這讓科研人員無法深入探索作物的耐堿機製，更加難以將研究結果匹配到生產(chan) 中。

　　揭開高粱耐堿奧秘

　　為(wei) 了找到合適的實驗室模式植物，謝旗等研究人員瞄準高粱，希望能夠從(cong) 高粱入手，揭開其耐堿的奧秘。

　　“高粱起源於(yu) 高鹽堿的非洲薩赫勒地區，它能夠適應各種鹽堿地，具有高度豐(feng) 富的耐堿性遺傳(chuan) 資源。”謝旗說。

　　通過對高粱進行全基因組大數據關(guan) 聯分析，科研人員很快就發現一個(ge) 與(yu) 作物產(chan) 量呈負相關(guan) 的主效調控耐堿的基因AT1，與(yu) 水稻的粒形調控基因GS3同源。

　　同時，利用特異性熒光探針係統，他們(men) 首次揭示了作物高抗鹽堿的分子機製。在高堿的環境中，作物會(hui) 產(chan) 生有害的ROS（活性氧物質），誘導更高的氧化應激損傷(shang) 。他們(men) 發現，敲除基因AT1可以增強水通道蛋白的磷酸化水平，進而調節水通道蛋白的活性，並將多餘(yu) 的ROS排到細胞外，以降低作物的氧化應激損傷(shang) 。這樣，作物就可以順利地在鹽堿地生存了。

　　另外，科研人員還發現AT1在主要糧食作物水稻、小麥、玉米及穀子中的調控機製，也與(yu) 高粱相似。

　　大田實驗增產(chan) 效果顯著

　　在重大理論突破的基礎上，科研人員也進行了大田實驗。在寧夏平羅鹽堿地的實驗結果表明，敲除AT1能夠使高粱籽粒增產(chan) 20.1%，全株生物量增加近30.5%。

　　同時，科研人員進一步將AT1用於(yu) 改善水稻、玉米和穀子等作物的耐鹽堿性，在吉林大安鹽堿地，水稻不同年份每畝(mu) 增產(chan) 22.4%—27.8%，在寧夏平羅鹽堿地穀子每畝(mu) 增產(chan) 近19.5%。此外，他們(men) 發現，敲除該基因也能顯著增強玉米在鹽堿地的存活率。

　　科研人員預測，如果全球20%的鹽堿地種植AT1基因改良的作物，可每年為(wei) 全球增產(chan) 至少2.5億(yi) 噸糧食。該基因在提高作物耐鹽堿性方麵有巨大的應用前景，有望為(wei) 支撐國家糧食安全及鹽堿地綜合利用發揮重要作用。（陸成寬）