天太热水稻也受不了 上海科学家种的水稻新品系却在高温下增加了20%产量

2022-06-17 06:00:17    编辑:云才情小编   阅读:4次   点赞:2次
 

  2013年的那个夏天,一直留在中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士的记忆深处。当年由于38及以上的高温天多达十几天,研究团队在松江农场种植的水稻,结实率还不到10%。

  平均气温每升高1,会造成水稻、小麦、玉米等粮食作物3%~8%左右的减产。因此,多年来科学家一直在寻找水稻的“高温感受器”,成为一个亟待攻克的重大科学问题。

  林鸿宣研究团队和上海交通大学林尤舜研究团队合作,揭示了水稻抗高温的新机制,同时发现了个潜在的水稻“高温感受器”。2022年6月17日,该研究成果在国际权威学术期刊《科学》发表。

  【高温不但减少水稻产量,也造成口感下降】

  不同农作物在应对高温时有不同的临界温度,比如小麦在26、玉米在38,水稻在34,气温超过临界温度,则会发生不同程度的减产。

  高温对水稻生长发育的各时期都有危害,尤其是开花结实期,不但减少水稻的总产量,也造成口感等品质下降。

  全球气候变暖加剧了粮食安全问题。到2040年,预计平均气温将升高1.5-2.0,届时高温可能会使全球粮食减产30%-40%,全球水稻产量受到高温潜在威胁的面积约有400万公顷(6000万亩)。与此同时,人口増加导致粮食需求刚性増长,可能会引发一系列社会问题。

  【具有广泛应用前景和商业价值】

  相比亚洲稻,非洲稻蕴含大量丰富的基因资源,能够有效抵御高温环境。但其与亚洲稻的远缘杂交成功率太低,只有1%,只能得到几粒种子,近乎“杂交不育”。

  为了抓住这一“渺茫的希望”,研究团队用了三四年时间,通过一次次的杂交回交,把非洲稻的耐热基因片段成功导入亚洲稻中。

  “高温是一个复杂的物理信号,要在植物细胞表面找到感受这一由物理信号转换为生物信号的感受器,还要不断地通过实验重复验证出来,是我们遇到的一大挑战。”论文作者、中科院分子植物科学卓越创新中心博士生张海(与上海科技大学联合培养)告诉解放日报·上观新闻记者。

  该研究团队经过7年的努力(加上遗传材料构建,耗时近10年),终于成功分离克隆了水稻的一个抗高温新基因位点,并阐明了其调控高温抗性的新机制。

  一般而言,有些抗逆基因会影响作物产量。但有意思的是,在正常田间条件下,这一抗高温基因对产量性状没有产生负面的影响。“我们在农田搭建了塑料大棚,模拟高温环境,小面积区域试验结果显示,带有非洲稻抗热基因的水稻新品系在高温下增加了20%的产量。”林鸿宣说。

  除了水稻,研究人员还可以把这一基因应用于小麦、玉米、大豆以及蔬菜等作物的抗高温育种改良,维持其在极端高温下的产量稳定,具有广泛应用前景和商业价值。

(文章来源:上观新闻)

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