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“绿色超级稻”培育有望突破

时间:2015-06-18 12:26来源:经济日报   作者:未知 阅读:

  国际顶尖学术期刊《自然—遗传学》近日在线发表了我国学者的一项重大突破——中科院遗传发育所储成才团队从籼稻中克隆出高氮利用效率基因NRT1.1B,将其导入粳稻品种,田间试验结果表明,这一改良明显提高了粳稻的氮肥利用效率和产量。此项成果被《自然—遗传学》期刊评委高度评价为“一个伟大的发现”。  氮素是促进作物增产的最关键因素之一。但氮肥的大量施用不仅增加生产成本,更会导致气候变化、土壤酸化及水体富营养化等环境灾难。据估计,仅欧盟每年用于治理氮污染的费用在700亿至3200亿欧元之间。另一方面,不断增长的人口对世界粮食产量提出了更大需求。因此,如何在减少氮肥施用的同时提高农作物产量,始终是困扰科学工作者的难题。而培育高氮肥利用效率的作物新品种,正是解决这一系列问题的关键。   水稻是世界上最重要的粮食作物之一,粳稻和籼稻是亚洲栽培稻的两个主要亚种,它们在形态、发育与生理等方面都表现出不同的特征。粳稻由于较强的低温耐受性、更好的食味品质,种植面积逐年扩大。然而,粳稻的氮肥利用效率比籼稻低,成为限制其种植面积扩大的重要瓶颈。

  植物主要以铵态氮和硝态氮为主要氮源。中科院遗传发育所储成才研究员领导的团队研究表明,籼稻品种利用硝酸盐的能力显著高于粳稻品种。他们通过图位克隆技术从籼稻中克隆出高氮利用效率基因NRT1.1B。NRT1.1B编码一个硝酸盐转运蛋白,在籼粳稻间只有一个氨基酸的差别,且籼稻与粳稻呈现出显著的分化。各种证据表明,籼稻型具有更高的硝酸盐吸收及转运活性,籼稻中的硝酸盐同化过程的关键基因也被显著上调,这导致籼稻具有更高的氮肥利用能力。

  研究结果表明,NRT1.1B中一个碱基的自然变异是导致粳稻与籼稻间氮肥利用效率差异的重要原因。他们将籼稻型NRT1.1B导入粳稻品种,在北京、上海、长沙三个试验点进行田间实验。实验结果表明,含有籼稻型NRT1.1B的粳稻品种在一半施肥条件下,与对照组相比增产30%至33%,氮肥利用效率提高30%;在正常施氮条件下,增产8%至10%,氮肥利用效率提高约10%。这一研究结果表明,NRT1.1B在粳稻氮肥利用效率改良上具有巨大应用价值。

  该论文的第一作者、储成才课题组助理研究员胡斌博士说,该项研究不仅揭示了水稻亚种间氮利用效率差异的分子机制,更为重要的是,它为我国科学家提出的“分子模块设计育种”和“绿色超级稻”的培育,提供了一个重要的分子模块。

(责任编辑:泉水)
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