提高粮食产量，需要有新的思维

中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国农业大学和华中农业大学等10家研究单位的多个团队合作，3月24日在《科学》杂志和《国家科学评论》杂志上发表新的研究结果。他们以高粱为材料，发现了一个有效耐碱基因AT1，研究发现，这个基因表现与作物产量呈负相关，如果修饰或敲除该基因，可在中重度盐碱地显著提升高粱、水稻、小麦、玉米和谷子等作物的产量。因此，这个基因可以说是一个“藏粮密码”。

在工业化和城镇化发展的背景下，守住18亿亩耕地红线存在压力。因此，提高粮食产量，满足更多人的食物需求，是我国面临的巨大挑战。增产粮食，需要有新的思维。

一个创新思维是，找到在贫瘠土地如盐碱地上也能生长的种子，它能获得丰收，并且营养和口感都不错。中国有11.7亿亩的边际土地，把边际土地特别是盐碱地的作用发挥出来，能为我国的粮食增产提供更大空间，满足更多人的粮食需求。此番研究人员发现的与盐碱有关的基因，为利用碱地生产更多粮食作物提供了理论基础。

世界范围内大约30%的农田受土壤盐渍化影响。根据计算，如果全球20%盐碱地（51.24亿亩）采用中国研究人员发现的AT1基因育种，每年可以为全球增产至少2.5亿吨粮食。如果中国的5亿亩盐碱地利用这个基因育种，会增加粮食0.24亿吨。这对于弥补耕地不足具有重大意义。

盐碱地分为盐化土壤和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，已取得了很多成果，如中国的耐盐水稻（海水稻）。但是，对作物耐碱机制的研究还处于探索之中。现在，中国研究人员发现耐碱基因AT1，而且这个基因与水稻的粒形调控基因GS3同源，说明水稻等作物也能通过这个基因发挥耐碱作用。

AT1为何耐碱？研究人员利用植物荧光探针系统发现，在高盐碱地中生长的作物，AT1基因通过调控水通道蛋白的磷酸化来调节在逆境情况下水通道蛋白的活性，并将逆境导致产生的ROS（活性氧物质）泵到细胞外降低氧化应激。ROS过多会导致细胞损伤或死亡，而敲除或修饰AT1基因后，可以使细胞中的ROS降低。

科学，在有了理论的突破后，还需要实践的检验。研究团队对高粱进行耐盐碱育种改良，在宁夏平罗盐碱地（pH值为9.10）进行大田试验，试验表明，AT1基因的改造能够使高粱籽粒增产20.1%，全株生物量（青贮用）增加近30.5%。此外，在其他作物中也获得了类似的成果。研究人员把AT1/GS3基因用于改良主要禾本科作物水稻、谷子和玉米等的耐盐碱性，在吉林大安盐碱地（pH值9.17）进行试验，水稻年增产22.4-27.8%；在宁夏平罗盐碱地（pH值9.10）进行试验，谷子增产19.5%。此外，该基因的修饰也能显著增强玉米在盐碱地的存活率。

研究人员获得的种种成果表明，增产粮食如同其他科研和生产一样，需要创新思维去推动。一个基因就可能改变一个产业，提高粮食在边际土地上的增产，这样的科研新思维，多多益善。（张田勘）