“綠色超級稻”培育有望突破



  國際頂尖學術期刊《自然—遺傳學》近日在線發表了我國學者的一項重大突破——中科院遺傳發育所儲成才團隊從秈稻中克隆出高氮利用效率基因NRT1.1B,將其導入粳稻品種,田間試驗結果表明,這一改良明顯提高了粳稻的氮肥利用效率和產量。此項成果被《自然—遺傳學》期刊評委高度評價為“一個偉大的發現”。  氮素是促進作物增產的最關鍵因素之一。但氮肥的大量施用不僅增加生產成本,更會導致氣候變化、土壤酸化及水體富營養化等環境災難。據估計,僅歐盟每年用于治理氮污染的費用在700億至3200億歐元之間。另一方面,不斷增長的人口對世界糧食產量提出了更大需求。因此,如何在減少氮肥施用的同時提高農作物產量,始終是困擾科學工作者的難題。而培育高氮肥利用效率的作物新品種,正是解決這一系列問題的關鍵。

  水稻是世界上最重要的糧食作物之一,粳稻和秈稻是亞洲栽培稻的兩個主要亞種,它們在形態、發育與生理等方面都表現出不同的特征。粳稻由于較強的低溫耐受性、更好的食味品質,種植面積逐年擴大。然而,粳稻的氮肥利用效率比秈稻低,成為限制其種植面積擴大的重要瓶頸。

  植物主要以銨態氮和硝態氮為主要氮源。中科院遺傳發育所儲成才研究員領導的團隊研究表明,秈稻品種利用硝酸鹽的能力顯著高于粳稻品種。他們通過圖位克隆技術從秈稻中克隆出高氮利用效率基因NRT1.1B。NRT1.1B編碼一個硝酸鹽轉運蛋白,在秈粳稻間只有一個氨基酸的差別,且秈稻與粳稻呈現出顯著的分化。各種證據表明,秈稻型具有更高的硝酸鹽吸收及轉運活性,秈稻中的硝酸鹽同化過程的關鍵基因也被顯著上調,這導致秈稻具有更高的氮肥利用能力。

  研究結果表明,NRT1.1B中一個堿基的自然變異是導致粳稻與秈稻間氮肥利用效率差異的重要原因。他們將秈稻型NRT1.1B導入粳稻品種,在北京、上海、長沙三個試驗點進行田間實驗。實驗結果表明,含有秈稻型NRT1.1B的粳稻品種在一半施肥條件下,與對照組相比增產30%至33%,氮肥利用效率提高30%;在正常施氮條件下,增產8%至10%,氮肥利用效率提高約10%。這一研究結果表明,NRT1.1B在粳稻氮肥利用效率改良上具有巨大應用價值。

  該論文的第一作者、儲成才課題組助理研究員胡斌博士說,該項研究不僅揭示了水稻亞種間氮利用效率差異的分子機制,更為重要的是,它為我國科學家提出的“分子模塊設計育種”和“綠色超級稻”的培育,提供了一個重要的分子模塊。




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