中青報·中青網(wǎng)見習(xí)記者　楊潔

在一片與人齊肩的高粱地里，一群人有的戴著太陽帽，有的拿著還未喝完的礦泉水，簇擁在一起照了張合照。這是中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗團隊在農(nóng)場工作的一張普通的合影，但照片上面的致謝名單卻并不普通，上面有中國科學(xué)院院士、植物分子遺傳學(xué)家李家洋，有中國科學(xué)院院士、作物遺傳育種和植物分子生物學(xué)家張啟發(fā)，還有三位教授、兩位研究員等。在3月22日中國科學(xué)院舉行的媒體通氣會上，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗在介紹完一項重大成果后展示了這張照片和致謝名單。

正是這張照片里的科研團隊，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上的產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景。這一重要研究成果于北京時間2023年3月24日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）和《國家科學(xué)評論》（National Science Review）。

(資料圖片)

如何把鹽堿地變?yōu)楦弋a(chǎn)地，在世界范圍內(nèi)都是一個難題。

2022年9月6日，科研團隊在北京市房山區(qū)測產(chǎn)中科甜968品種，該高粱品種株高4.35米。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隊供圖

聯(lián)合國糧農(nóng)組織調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至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，其中鹽堿化土壤約占鹽漬化土壤的60%。研究者表示，如果全球20%的鹽堿地能利用該基因，可為全球生產(chǎn)更多糧食。

謝旗說，鹽堿地分為鹽化土壤和鹽堿化土壤兩種主要類型，鹽化土壤主要是含有氯化鈉、硫酸鈉等中性鹽，pH值（酸堿值）接近中性。他說，“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。”

據(jù)他介紹，鹽堿化土壤主要由碳酸鈉或碳酸氫鈉等引起，過去的研究方法主要利用碳酸鈉或碳酸氫鈉調(diào)節(jié)實驗系統(tǒng)堿度進行實驗，在處理過程中pH值變化大且不穩(wěn)定導(dǎo)致實驗重復(fù)難度高，研究團隊采用了混合堿（碳酸鈉:碳酸氫鈉=1:5）穩(wěn)定的pH體系。

“另外由于常用的擬南芥等模式植物是甜土植物，適應(yīng)性進化耐鹽堿遺傳信息可能存在缺陷而導(dǎo)致相關(guān)研究未有突破。因此為解決耐堿研究的材料選擇瓶頸問題，我們采用了起源于非洲中部貧瘠土地的高粱作為實驗材料。土壤鹽堿大跨度變化的環(huán)境促使高粱通過進化形成了高度豐富的耐堿性遺傳資源?！敝x旗說。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所謝旗團隊與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)于菲菲團隊、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽亦聃團隊聯(lián)合十家科研機構(gòu)、高校、企業(yè)進行合作，獨辟蹊徑，通過全基因組大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析耐鹽堿差異大的高粱資源，發(fā)現(xiàn)一個主效耐堿基因AT1，該基因與水稻的粒形調(diào)控基因GS3同源。他們首次揭示了植物（作物）耐鹽堿的分子機制。另外還發(fā)現(xiàn)AT1的調(diào)控機制在主要糧食作物水稻、小麥、玉米及谷子中也存在。

基礎(chǔ)科研的探索，在農(nóng)田里得到了答案。

合作團隊對高粱進行耐鹽堿育種改良，以寧夏平羅鹽堿地（pH值為9.10）進行的大田實驗表明，AT1/GS3基因的利用能夠使高粱籽粒增產(chǎn)20.1%，全株生物量（青貯用）增加近30.5%。在吉林大安鹽堿地（pH值為9.17）水稻增產(chǎn)約22.4%-27.8%，在寧夏平羅鹽堿地（pH值為9.10）谷子增產(chǎn)19.5%。

“我們同時發(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?！?謝旗說。

有審稿人給該項研究留下了這樣一段評價：該遺傳學(xué)機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)。另一位審稿人對此研究高度稱贊，認為研究涉及了多種農(nóng)作物，而且工作量巨大；目前關(guān)于重要耐堿的位點未被解析，這個工作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的重大突破。

“耐堿性改良關(guān)鍵基因AT1的研究成果，就是面向我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大需求，從基礎(chǔ)研究著手解決實際問題的典型案例?！痹谥袊茖W(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所副所長黃勛看來，AT1基因的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用研究，不僅首次揭示了作物耐鹽堿的分子機制，還證明該基因可顯著提升高粱、水稻、小麥、玉米和谷子等耐鹽堿作物種質(zhì)產(chǎn)量，在改良鹽堿地綜合利用中具有重大應(yīng)用前景。

未來，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的科學(xué)家們把目光投向了更艱難的“戰(zhàn)役”：“鹽堿地適生作物創(chuàng)制與產(chǎn)能提升技術(shù)體系”重點任務(wù)、“黃河三角洲耐鹽堿品種創(chuàng)制與綜合利用技術(shù)示范”項目，重點攻關(guān)鹽堿地種業(yè)創(chuàng)新，促進鹽堿地綜合利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“我們要把飯碗牢牢地端在自己的手里?！贝饲爸x旗研究組在國際上首次揭示了鳥選擇性取食不同品種高粱的機理和高粱種子包殼程度的調(diào)控機制，利用基因編輯技術(shù)培育出全球第一個稻花香型高粱新品系。所培育的耐鹽堿甜高粱品種，在我國東部、北部及西部鹽堿等貧瘠土地已推廣和種植了50多萬畝，為我國脫貧攻堅及鄉(xiāng)村振興作出了貢獻。

此次研究成果由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所科研團隊與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院生物物理研究所、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、寧夏大學(xué)、揚州大學(xué)、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院、山東大學(xué)和先正達集團中國十家科研單位、高校、企業(yè)合作完成的。

“通過強化團隊攻關(guān)、優(yōu)化資源配置和評價體系等系列改革與保障措施，多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，突破鹽堿地綜合利用的重大科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為保障我國糧食安全作出新的更大的貢獻?！秉S勛對未來充滿信心。