作為水稻原產(chǎn)國和最大種植,、生產(chǎn)和消費國家，中國科學(xué)家們在水稻研究上一直孜孜不倦,。

日前,中國農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(下稱“基因組所”)研究員,、新當選中國科學(xué)院院士錢前率領(lǐng)團隊，與中國水稻研究所等單位合作,，通過圖位克隆發(fā)現(xiàn)了水稻新基因資源,，不僅能夠提高水稻產(chǎn)量，還能提升氮素利用效率,。

▲中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳綜合試驗基地種植的水稻

水稻作為世界三大重要糧食作物之一,，在中國已有3000多年栽種歷史。目前,，中國每年種植水稻4.5億多畝,，占全球播種面積18%；年產(chǎn)稻谷約2.1億噸,，占全球總產(chǎn)量28%,；為中國65%以上人口提供主食，基本保障了水稻供給自足,。中國不僅是世界上較早啟動植物基因組學(xué)研究的國家之一,，也在1998年作為主要發(fā)起國參與了“國際水稻基因組測序計劃”,與多國科學(xué)家共同繪制水稻遺傳圖和物理圖,并測定和注釋基因組序列。

21世紀初,，中國科學(xué)家開始瞄準水稻的高產(chǎn),、優(yōu)質(zhì)和抗逆性，開展水稻功能基因組學(xué)研究,，取得了一系列重要原創(chuàng)研究成果,。錢前便是其中代表，11月22日中國科學(xué)院增選64名院士和20名外籍院士,，他便赫然在列,。在該研究中，錢前帶領(lǐng)基因組所副研究員商連光參與大數(shù)據(jù)分析工作,，同時在項目規(guī)劃,、試驗開展和論文寫作方面都進行了統(tǒng)籌指導(dǎo)。他與英國牛津大學(xué)NicholasP.Harberd教授為共同通訊作者,。中國水稻研究所研究員高振宇研究員,、副研究員陳光和中科院植物生理生態(tài)研究所王玉鋒博士為論文的并列第一作者。

科研人員在接受讀創(chuàng)專訪時表示,，盡管目前中國在水稻分子遺傳學(xué)研究領(lǐng)域處在國際一流位置,，但中國水稻種植仍面臨這一些問題。例如近10年,，中國主要糧食作物氮肥利用率分析結(jié)果表明,，水稻氮肥表觀利用率只有39%,，即施氮肥量的50%以上殘留在環(huán)境中?！爸参镎ＩL發(fā)育通常需要14種礦物質(zhì)元素,，其中氮元素需求量最大,，是蛋白質(zhì),、核酸、磷脂以及葉綠素和植物激素等有機大分子的基本組成元素,，同時也是促進作物增產(chǎn)的重要因素之一,。”科研人員談到,，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上一般通過大量施用氮肥來促進農(nóng)作物生長,，從而達到增產(chǎn)目的。據(jù)統(tǒng)計,，全世界每年施用氮肥超過1.2億噸,，而我國消耗的氮肥量占世界氮肥總施用量30%，但平均化肥利用效率僅有35%左右,，嚴重低于發(fā)達國家的化肥利用效率,。氮肥大量施用不僅增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，更為嚴重的是導(dǎo)致了包括氣候變化,、土壤酸化及水體富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境災(zāi)難,。

▲實驗圖片

如何從基因入手解決這個問題呢？科研人員利用長而細的秈稻9311和短而粗的粳稻“日本晴”構(gòu)建重組自交系群體,，發(fā)現(xiàn)攜帶秈型OsNR2轉(zhuǎn)基因植株硝酸還原酶活性更高,，攜帶示蹤同位素的硝態(tài)氮吸收活性更強，地上部和穗部含氮量也更高,。通過在多地進行田間試驗的結(jié)果也表明,，帶有秈型OsNR2的近等基因系或轉(zhuǎn)基因的株系有效分蘗和產(chǎn)量增加。

此外,，之前科學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)攜帶秈型硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運蛋白的OsNRT1.1B等位基因的水稻,，氮效率和產(chǎn)量均顯著高于攜帶粳型OsNRT1.1B等位基因的水稻。本次研究進一步發(fā)現(xiàn)秈型OsNR2等位基因有此功效,，在粳稻中如果聚合了這兩個基因,，可以獲得比導(dǎo)入單個基因更高的產(chǎn)量和氮肥利用率。

▲中國農(nóng)科院深圳綜合試驗基地種植的水稻成熟了

據(jù)了解,，此次發(fā)現(xiàn)的基因為水稻自然存在基因,，通過雜交等育種手段，3至5年后即可運用到實際生產(chǎn)中,，讓水稻在產(chǎn)量增加的同時能降低氮肥投入,，降低生產(chǎn)成本,，減少環(huán)境污染。