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?增产减碳/中科院揭秘水稻基因 “低肥”高产\大公报记者 周琳北京报道

2021-01-09 04:24:14大公报
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  图:中国科学家发现水稻氮肥利用的关键基因,有望助力粮食增产同时减少化肥使用。图为贵州省从江县加榜乡加车村的农民在收割水稻。 新华社

  北京时间7日,国际知名学术刊物《自然》发表中国科学家研究论文。研究人员对52个国家(地区)的“古早”水稻品种进行基因分析,鉴定出水稻的一个氮高效基因OsTCP19,该基因作用就像氮素利用“开关掣”,在减氮情况下可提高水稻氮肥利用效率,或将帮助改良水稻品种,实现少施肥、高产量目标。如果将这一氮高效基因重新引入现代水稻品种,在氮素减少条件下,水稻氮肥利用效率可提高20-30%。

  当代粮食不断增产的主要推动力是化肥的大量施用,其中绝大部分是氮肥。然而,氮肥过量施用,不仅会对空气、土壤和水体造成污染,也无利於农业可持续发展。因此,阐明作物氮利用效率的遗传基。?嘤?偷?跫?氯钥筛卟?淖魑镏凉刂匾。

  论文通讯作者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员储成才对大公报表示,长期以来育种的首要目标是高产。然而,长期高肥下的育种导致一些重要基因资源丢失,以致主栽水稻品种肥料利用效率普遍较低。

  多见於贫瘠土壤品种

  为解决这一问题,研究团队收集过去100年间分布於52个国家(地区)的110份早期水稻农家种,进行全面农艺性状鉴定。他们发现,在众多农艺性状中,因土壤中氮含量变化而导致的水稻分蘖(分枝)数改变与氮高效基因存在高度关联。研究人员利用全基因组关联分析和多重组学技术鉴定出一个水稻氮高效基因OsTCP19,其作为关键调控因子调控水稻分蘖。

  “也就是说,氮素调控水稻分枝发育,是通过氮高效基因OsTCP19实现的,我们的研究成果揭示了氮素调控水稻分蘖发育过程的分子基础。”储成才说。

  这一关键氮高效基因鉴定依赖於一个多样性的农家种水稻群体资源。在现代高产水稻品种推广之前,也就是氮肥大量施用之前,这些农家种是世界各地农家种植的本地品种。研究人员通过对水稻种子库中这些“古早”水稻品种进行基因分析,最终定位鉴定了基因组上这一关键变异。有意思的是,在起源於贫瘠土壤的水稻品种中,这一氮高效基因很多,而在现代栽培水稻品种中,这一氮高效基因大多丢失。

  “如果将这一氮高效基因重新引入现代水稻品种,在氮素减少的条件下,水稻氮肥利用效率可提高20-30%,也就是说,在水稻生产中,使用更少化肥,也能达到相同产量。”储成才说。

  英学者讚“开创性”研究

  统计表明,生产1吨氮肥可造成2.5吨碳排放。中国争取在2060年前实现碳中和,而农业领域节能减排,特别是减少化肥施用至关重要。本项成果为实现这一宏伟目标提供了全新思路。储成才表示,下一步将聚焦把研究成果应用於不同地区的水稻品种改良。

英国约翰英纳斯研究所(JIC)所长桑德斯教授评价这项研究为“真正的开创性工作”“不仅对理解植物(水稻)氮肥利用的调控机制有重要意义,也对减少化肥使用具有巨大的意义”。

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