在鹽鹼地上種糧食，非但種得活，還能長得好？最近，國內十家科研機構、高校、企業聯手，破解了植物中主效耐鹼基因AT1及其作用機制，使得高粱、水稻、小麥、玉米和穀子等作物在鹽鹼地的產量均得到了提升。中國鹽漬化土地面積高達一億公頃，這一突破為這些不毛之地變「糧倉」帶來了新希望。今天凌晨，國際著名學術期刊《科學》和《國家科學評論》發表了相關成果。
聯合國糧農組織調查資料顯示，截至2015年，全球超過10億公頃鹽漬化土壤因鹽鹼程度過高而不能被有效利用，其中鹽鹼化土約佔鹽漬化土壤的60%。在氣候變暖、淡水缺乏的影響下，加之化肥的大量使用，預計到2050年還將有50%的可耕土地發生鹽漬化。
鹽鹼地又分為中性的鹽化土壤和鹽鹼化土壤兩種主要型別。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，但由於實驗難度高，科學家對於植物耐鹼機制仍瞭解較少。
起源於非洲中部貧瘠土地的作物高粱，引起了中國科學院遺傳與發育生物學研究所謝旗研究員的興趣，「由於起源地薩赫勒地區的鹽鹼度比較高，高粱在進化過程中，經受了土壤鹽鹼大跨度變化的環境，形成了高度豐富的耐鹼性遺傳資源，必然可以從中挖掘到寶藏」。
於是，謝旗團隊與中國農業大學於菲菲團隊、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、山東大學等十家單位，開啟了破解植物耐鹼機制的攻關。
經過耐心搜尋，謝旗研究員領銜的科研團隊與合作者獨闢蹊徑，通過對高粱的全基因組大數據關聯分析，率先發現一個主效耐鹼基因AT1，該基因與水稻的粒形調控基因GS3同源。
植物細胞受到鹽鹼環境脅迫時，就會發生氧化應激反應，產生毒素，嚴重時會導植物死亡。實驗發現，AT1會通過抑制水通道蛋白的活性，導致毒素無法及時被清理出細胞——只要抑制AT1，就能顯著提升作物的耐鹽鹼性。由此，科學家首次揭示了高等生物高抗鹽鹼的重要分子機制。
而且，他們還發現，AT1的調控機制在主要糧食作物水稻、玉米，小麥和穀子中，也同樣比較保守地存在，其耐鹽鹼作用已在大田實驗中獲得了證明。在寧夏平羅鹽鹼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%；在吉林大安鹽鹼地，利用AT1/GS3基因可使水稻年增產約22.4%-27.8%。
研究者預測，如果全球20%鹽鹼地利用該基因，每年可為全球增產至少2.5億噸糧食。審稿人一致對這項成果給出了高度評價：「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」「這個工作是農業生產方面的重大突破」。
研究團隊表示，該成果有望為鹽鹼地綜合利用提供重要支撐，保障國家糧食安全。目前，研究團隊所培育的耐鹽鹼甜高粱品種已在中國東部、北部及西部的鹽鹼貧瘠土地上推廣種植了50多萬畝。
作者：許琦敏
圖片：受訪者提供
責任編輯：任荃
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