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“绿色革命”仍有改进空间,新品种未来可期

时间:2018/12/4 10:37:41文章来源:中国农资网浏览次数: 3521

    目前,研究人员发现了一种既能促进作物生长,又能有效减少氮需求的蛋白分子。《自然》杂志近日刊登的研究报告称,科学家发现一种可以提高植物氮吸收能力的基因,该基因可用于培育高产品种的水稻、小麦和其他需肥量少的主要作物。据了解,这基因一旦投入使用,将会削减全世界农民的生产成本,遏制富氮水和土壤从农田冲入河流和海洋,从而减少环境破坏。

“绿色革命”仍有改进空间,新品种未来可期

    “绿色革命”仍有改进空间

    研究团队将目光集中在20世纪60年代“绿色革命”期间培育的作物上。为提高产量,当时的农学家们培育出半矮化、耐高肥、抗倒伏作物。当时,农民种植此类作物,辅之以改良后的灌溉方法、强力农药和高效肥料,最终使得全球谷物作物收成从1961年的7.41亿吨飙升至1985年的16.2亿吨。

    然而,加州斯坦福市卡内基科学研究院的植物科学家凯瑟琳·巴顿(Kathryn Barton)表示,最新的研究表明,“绿色革命”仍有改进的空间。“如果你认为这就是我们要找的‘绿色革命’品种就是研究的终点,那你就错了,因为我们能做的还有更多。”

    这是因为现代作物存在一个缺陷:它们不能像传统作物一样吸收氮,因此需要大量的肥料助其生长。仅2015年,全世界农民就使用了总量大约1.04亿吨的富氮肥料。

    抑制“罪魁祸首”新思路

    中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、植物基因学家傅向东认为,过去的这一做法对农民来说代价太大,对环境也无益。富氮径流进入河流、湖泊和海洋,会导致水藻大量繁殖,剥夺水生生物所需的氧气,致其死亡。“这也是我们要寻找既高产又无需大量肥料的新作物的原因。”傅向东说。

    为此,傅向东研究团队检测了一种被称为DELLA的蛋白分子。此前,这种蛋白分子被确认是造成“绿色革命”作物氮吸收能力差和植株矮小的“罪魁祸首”。这种蛋白分子在普通作物中会被生长激素“杀死”,但是由于“绿色革命”作物对这种激素免疫,或是无法产生较多的激素,导致DELLA蛋白在“绿色革命”作物中大量积累。

    研究团队希望找到一种能够抑制DELLA蛋白积累的办法。首先,他们比较了36种矮秆水稻的DNA,比较它们的氮吸收能力,最终确认有两种基因控制氮的消耗:一种组成DELLA蛋白,另一种组成使穗子变大和提高产量的转录因子GRF4。研究人员发现,GRF4能够促进作物对氮和碳元素的吸收利用,从而抑制DELLA蛋白的积累,有助于作物生长。

    接着,研究团队培育出了一种能够产生高浓度GRF4蛋白的水稻。结果表明,这种水稻既能保持矮秆优势,又能提高产量,并且氮需求量少于“绿色革命”期间培育品种的氮需求量。

    新品种未来可期

    “农民会通过一些方式,来减少过量的氮和其他植物营养素对环境的破坏。”美国特拉华大学环境质量专家詹妮弗·沃克尔(Jennifer Volk)表示,这一研究结果前景可观,例如建造湿地,使过量的氮和磷在进入小溪和河流之前,被湿地中的水生植物过滤。沃克尔说:“如果继续下去,植物大量吸收这些营养素,将会给整个生态系统带来巨大压力。”

    安娜·麦克拉克(Anna Michalak)是卡内基研究所的一位环境工程师,主要研究气候变化与水系统中养分径流的关系。对于研究结果所带来的影响,麦克拉克更为谨慎:“每当找到一个双赢的解决办法,我都会马上想我们是不是忽略了什么。因为我们还没有聪明到能够预测到未来。”

    尽管如此,傅向东研究团队已着手申请专利,并且已经开始在中国推行育种计划。据他预计,大约5年之后,其他国家也可以看到这些新品种。


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