资料图：农民们在秧田里搬运水稻秧苗。绘画/新华社
6月17日，中国科学院分子植物科学优秀创新中心林洪善研究组和上海交通大学林幼顺研究组合作，在国际顶尖学术期刊《科学》上发表了研究论文。控制水稻数量性状的基因点(tt3)中首次出现了由两个拮抗基因(tt3.1和ttt3.2)组成的遗传模块，控制水稻高温抗性的新机制和叶绿体蛋白质分解的新机制。(详细报告：在极端高温下，大米仍能获得高产吗？他们发现了第一个潜在的作物高温受体)
也就是说，中国研究小组发现了水稻承受高温的基因，这项研究对今后全球变暖提高水稻产量有积极作用。
高温下粮食增产技术有多么重要？
全世界以大米为主食的人有35亿，再加上气候变暖、地缘政治变化等多种因素，粮食安全问题近年来备受关注。在这种背景下，解决办法当然是增加粮食产量。但是如何在全球变暖之前提高水稻产量是个问题。
政府间气候变化专门委员会(ipcc)的多名专家预测，世界平均气温每上升1，主要粮食作物就会减少19.7%。其中小麦产量预计减少6.0%，水稻产量减少3.2%，玉米产量减少7.4%，大豆产量减少3.1%。研究结果表明，到2040年，平均气温将上升1.5 ~ 2.0，全球粮食产量将减少30% ~ 40%。同时，随着世界人口的不断增长，粮食需求也会成倍增加，这是每个人都要应对的巨大挑战。
目前，气候变暖已成为不可抑制的趋势。在这种情况下，要想提高粮食产量，当然要咨询科学。寻找能在高温下增产粮食的技术和措施无疑具有重要的现实意义。
从这个角度来看，这些研究人员找到了水稻能够经受高温增产的基因，不仅为现在和未来增加水稻，而且为其他粮食作物产量奠定了坚实的基础。
“水稻高温下增产”已不止于理论
事实上，这种研究已经不限于概念和理论。研究小组发现，在非洲种植的水稻(cg14)的tt3基因分比亚洲种植水稻(wyj)的tt3基因分具有更强的耐高温性。另一方面，发现tt3基因点有两个控制水稻高温抗性的基因tt3.1和tt3.2。
为了了解tt3的生产应用价值，研究小组通过多代杂交杂交方法，将耐高温的非洲栽培水稻tt3基因位点引入亚洲栽培水稻，培育成新的耐热品系nil-tt3cg14。
在穗期和灌浆期高温处理条件下，nil-tt3cg14的增产效果约为对比线nil-tt3wyj的1倍左右，同时田间高温胁迫下小区的增产约为20%。再次使用转基因方法，还验证了tt3.1和tt3.2的耐高温效果。在高温胁迫下过度表达tt3.1或敲击tt3.2也会带来2.5倍以上的增产效果。
这意味着tt3基因的复制和转移是水稻在高温下增产的重要技术。如果这项技术能在未来推广，就像推广杂交水稻一样，在全球变暖的情况下，水稻将成为现实，而不是增产或理论。此外，这项技术已经经过了一系列的验证。
资料图：农民在稻田里补充树苗。绘画/新华社
让世界未来粮食安全更有胜算
从进化理论的角度来看，作物也要适应环境的高温或寒冷，进化出适应环境的各种应对机制。水稻在应对高温方面，通过主动应对，可以提高对高温逆境的适应性，及时去除高温积累的有毒蛋白质、活性氧等，减少作物对高温的损害。另一方面，通过自身迟钝、热反应消耗减少、维持正常生理活动、热胁迫结束后的快速恢复和重建，可以应对高温。提高在热胁迫下的生存能力。
所有这些应对方式都将铭刻在作物基因上。果然，中国的该研究小组在2015年成功定位和复制了水稻第一个耐热qtl网站tt1基因后，成功分离了水稻耐热qtl网站tt2基因。将tt2基因转移到新品种花粳74上，与原花粳相比，苗期成活率大大提高了8 ~ 10倍，提高了成熟期的耐热性和产量，高温胁迫使单一植物产量提高了54.7%，结实率提高了82.1%。
从tt1到tt2，再到现在的tt3，研究人员发现、分离和复制了越来越多的耐热qtl/基因。
小麦、玉米等作物中都有。同时也证明，这些基因都是通过主动应对的方式来提高作物的抗热能力，以适应高温逆境，从而提高产量，也减少对自身的伤害。因此，发现这种抗高温基因，也能让其他作物增产。
而且，借助分子生物技术方法将抗高温新基因tt3.1/tt3.2应用于水稻、小麦、玉米、大豆以及蔬菜等作物中，可以创造新品种。这不仅可以提高这些作物的高温抗性，增加和维持其在极端高温下的产量稳定性，更高层面去看，让全世界未来应对全球变暖及其他条件下的粮食安全也更有胜算。
发现和利用水稻的抗热基因，是抓住了现实和未来环境下粮食安全的核心解决方式。这既是把论文写于大地上的体现，也是科研应当解决社会迫切需求的响应。而正是得益于无数这样的科学研究，人类才会拥有一个更加美好的未来。
撰稿 / 张田勘（专栏作家）
微博热议
更多报道
联合国提醒的多重粮食危机离我们有多远？国家统计局回应来了（红星新闻）
俄乌冲突引发的世界粮食危机备受关注。6月6日，联合国世界粮食计划署与联合国粮食农业组织发布报告警告称，多重的粮食危机正在靠近。这对我国的粮食安全有多大的影响？
在6月15日国务院新闻办举行的新闻发布会上，国家统计局新闻发言人、国民经济综合统计司司长付凌晖对此回应称，今年以来，国际形势复杂严峻，特别是地缘政治冲突加剧，导致国际大宗商品价格，尤其是粮食、能源价格大幅上涨，引发了大家对粮食安全的关注。从目前的情况来看，地缘政治冲突导致俄罗斯和乌克兰粮食生产对全球的影响加大。面对这种情况，不少国家出台了限制粮食出口的措施，进一步加剧了供求矛盾，全球粮食价格持续高位运行。
付凌晖称，我国持续加大稳定粮食生产的措施。总的来看，这些年我国一直高度重视粮食生产，重视粮食安全，我国已经连续7年粮食产量稳定在1.3万亿斤以上，粮食库存比较充裕。虽然近期受到国际因素的影响，国内粮食价格有所上涨，但幅度明显低于国际水平。从当前情况来看，夏粮生产已经处于收获阶段，有望获得较好的收成。去年，由于严重的秋汛影响，部分地区播种期有所推后，苗情比较复杂。但今年，整体气候条件不错，各方面加大了田间管理，加强了对人员生产的指导，夏粮有望实现较好的收成，为全年的粮食丰收打下较好基础。
付凌晖表示，现在国际环境比较复杂，下一阶段要继续抓好粮食生产，进一步降低农资价格上涨带来的农业生产压力，确保全年粮食产量平稳增长。
红星新闻记者 吴阳 北京报道
