在盐碱地上种粮食，非但种得活，还能长得好？最近，国内十家科研机构、高校、企业联手，破解了植物中主效耐碱基因AT1及其作用机制，使得高粱、水稻、小麦、玉米和谷子等作物在盐碱地的产量均得到了提升。我国盐渍化土地面积高达一亿公顷，这一突破为这些不毛之地变“粮仓”带来了新希望。今天凌晨，国际著名学术期刊《科学》和《国家科学评论》发表了相关成果。
联合国粮农组织调查数据显示，截至2015年，全球超过10亿公顷盐渍化土壤因盐碱程度过高而不能被有效利用，其中盐碱化土约占盐渍化土壤的60%。在气候变暖、淡水缺乏的影响下，加之化肥的大量使用，预计到2050年还将有50%的可耕土地发生盐渍化。
盐碱地又分为中性的盐化土壤和盐碱化土壤两种主要类型。目前，全球在植物耐盐研究方面方法较成熟且研究力量集中，但由于实验难度高，科学家对于植物耐碱机制仍了解较少。
起源于非洲中部贫瘠土地的作物高粱，引起了中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员的兴趣，“由于起源地萨赫勒地区的盐碱度比较高，高粱在进化过程中，经受了土壤盐碱大跨度变化的环境，形成了高度丰富的耐碱性遗传资源，必然可以从中挖掘到宝藏”。
于是，谢旗团队与中国农业大学于菲菲团队、华中农业大学欧阳亦聃团队联合中国科学院生物物理研究所、中国科学院东北地理与农业生态研究所、宁夏大学、扬州大学、北京大学现代农业研究院、山东大学等十家单位，开启了破解植物耐碱机制的攻关。
经过耐心搜寻，谢旗研究员领衔的科研团队与合作者独辟蹊径，通过对高粱的全基因组大数据关联分析，率先发现一个主效耐碱基因AT1，该基因与水稻的粒形调控基因GS3同源。
植物细胞受到盐碱环境胁迫时，就会发生氧化应激反应，产生毒素，严重时会导植物死亡。实验发现，AT1会通过抑制水通道蛋白的活性，导致毒素无法及时被清理出细胞——只要抑制AT1，就能显著提升作物的耐盐碱性。由此，科学家首次揭示了高等生物高抗盐碱的重要分子机制。
而且，他们还发现，AT1的调控机制在主要粮食作物水稻、玉米，小麦和谷子中，也同样比较保守地存在，其耐盐碱作用已在大田实验中获得了证明。在宁夏平罗盐碱地进行的大田实验表明，AT1基因的利用能够使高粱籽粒增产20.1%，全株生物量（青贮用）增加近30.5%；在吉林大安盐碱地，利用AT1/GS3基因可使水稻年增产约22.4%-27.8%。
研究者预测，如果全球20%盐碱地利用该基因，每年可为全球增产至少2.5亿吨粮食。审稿人一致对这项成果给出了高度评价：“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”“这个工作是农业生产方面的重大突破”。
研究团队表示，该成果有望为盐碱地综合利用提供重要支撑，保障国家粮食安全。目前，研究团队所培育的耐盐碱甜高粱品种已在我国东部、北部及西部的盐碱贫瘠土地上推广种植了50多万亩。
作者：许琦敏
图片：受访者提供
责任编辑：任荃
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