在白花花的盐碱地上，高粱、水稻等作物也能取得大丰收。中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗团队与中国农业大学教授于菲菲团队、华中农业大学教授欧阳亦聃团队联合十家科研单位合作，在高粱中发现了主效耐碱基因AT1，首次揭示了作物耐碱的分子机制，并将相关理论成果应用到水稻、小麦、玉米、谷子等作物上，显著提升了这些作物在盐碱地的产量。3月24日，相关研究成果在《科学》《国家科学评论》杂志发表。
盐渍化土地分为酸碱度为中性、富含氯化钠和硫酸钠的盐地，以及酸碱度呈碱性、富含碳酸钠和碳酸氢钠的苏打盐碱地。我国盐碱地面积高达1亿公顷，占世界盐碱地总面积的近十分之一，全球气候的变化、淡水的缺乏及化肥的大量使用，使得可耕土地盐渍化速度加快。谢旗团队常年从事植物的耐盐碱研究。此前，全球关于植物耐盐机制已有大量科研成果，但植物究竟如何耐碱，仍缺乏机制方面的解读。
“碱性土壤会影响植物吸收各类营养元素，导致其生长受抑制，就像是人吃不饱饭一样没有精神，慢慢枯萎凋亡。”谢旗将目光放在了起源于非洲盐碱地的高粱上，他带领团队对来自世界各地的高粱资源开展研究，利用高粱全基因组关联分析，经过数年的努力，终于锁定了耐盐碱调控的关键基因AT1。
什么样的植物会更耐碱？谢旗团队发现，在盐碱环境下，植物细胞会发生氧化应激反应，产生有毒害作用的过氧化氢，最终导致植株死亡。当AT1基因被敲除后，细胞上水通道蛋白变得更“活泼”，将过氧化氢及时泵到细胞外，让植株拥有更高的存活率和产量。这一结论，首次揭示了作物耐碱的分子机制。
而将这项研究从高粱推广至其他作物的契机之一，来自一次机场的偶遇。2019年，谢旗和中科院院士、中科院遗传发育所研究员李家洋在候机厅短暂交流时发现，AT1基因在李家洋团队培育的水稻品种中也存在，它与水稻的粒形调控基因GS3同源。谢旗团队联合多家单位不断扩大实验范围，在水稻、玉米、小麦、谷子等作物上广泛开展了AT1基因的功能验证。
在宁夏平罗的盐碱地，白花花的地面仿佛刚刚下过一场雪。这里的土壤酸碱度达8.5，属于碱性土壤，但改良了AT1/GS3基因的高粱、水稻、小麦、玉米、谷子，都能在这里茁壮成长，均实现了产量、生物量提升20%至30%。如果全球20%的盐碱地能利用该基因资源，每年将增产粮食约2.5亿吨。
多位植物、作物耐逆领域知名专家评价该成果称，“该工作综合多种前沿生物技术手段，在多种作物中揭示了耐盐碱机理的重大科学问题”，“该遗传学机制揭示了植物界基础科学重大问题，是科学界的重大发现”。
“这项研究成果，正是面向我国农业生产重大需求，从基础研究着手，解决实际问题的典型案例。”中科院遗传发育所副所长黄勋说。研究团队表示，AT1基因在提高作物耐盐碱性方面有巨大的应用前景，有望为我国粮食安全发挥重要支撑作用。
记者 刘苏雅 来源：北京日报客户端
