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盐碱地也能丰收？中国科学家找到耐碱基因，亿亩盐碱地有救了！
admin
08-12
【科技】
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摘要我国是全球最大的粮食生产国之一，拥有18亿亩耕地，这个数字看起来很庞大，但实际上，我们是用着占世界7%的耕地，养活着全世界22%的人口。人口众多，对土地面积、水资源和农业生产材料的需求增加了诸多资源压力，土壤盐碱化造成的耕地面积萎缩一直是我国农业所面临的挑战。在18亿亩耕地之外，是面积多达15亿亩的盐碱地，如今这个数字还在不断增加。盐碱地有如废土荒田，俗话说“盐碱地里种庄稼，十年九不收”，随着人口的不断增加，土壤盐碱化将对我们的粮食供应产生极大威胁。然而，如今我们的一项研究有望使数亿亩盐碱地变成
我国是全球最大的粮食生产国之一，拥有18亿亩耕地，这个数字看起来很庞大，但实际上，我们是用着占世界7%的耕地，养活着全世界22%的人口。
人口众多，对土地面积、水资源和农业生产材料的需求增加了诸多资源压力，土壤盐碱化造成的耕地面积萎缩一直是我国农业所面临的挑战。
在18亿亩耕地之外，是面积多达15亿亩的盐碱地，如今这个数字还在不断增加。
盐碱地有如废土荒田，俗话说“盐碱地里种庄稼，十年九不收”，随着人口的不断增加，土壤盐碱化将对我们的粮食供应产生极大威胁。
然而，如今我们的一项研究有望使数亿亩盐碱地变成可丰收的良田！
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所科研团队，与中国科学院生物物理研究所、中国科学院东北地理与农业生态研究所等八家单位合作，首次发现了耐盐碱作物高粱的主效耐碱基因AT1及其作用机制，并成功得到了验证，该基因可以显著提高高粱、水稻、小米和玉米等作物在盐碱地的产量。这项研究已于世界顶级科学期刊《Science》刊发，引起世界农业科学界的极大反响，科学家们预测，如果该耐碱基因投入农业生产，将使全球20%的盐碱地成为可种植的良田，每年增加2.5亿吨粮食产量！数亿贫困人口的温饱问题有望得到解决。
盐碱化——土壤杀手要想深刻理解这项研究的对人类的重要意义，还要先从“何为盐碱地”说起。
盐碱地土壤具有高盐度和高碱性，通常是由于地下水位过高、排水不畅或灌溉不当等原因导致的，当土壤排水不良时，水分蒸发后，土壤中的盐分得不到有效的冲刷，就会逐渐积累导致盐碱化。
水分中的盐分当土壤中盐分含量过高，超过了植物所能耐受的范围时，盐分会毒害植物的根系，干扰水分和养分的吸收，导致植物生长受阻，还会对植物造成渗透压差，引发水分胁迫。
高盐度会引起土壤结构的紧密化，降低土壤透气性和水分渗透性，使根系无法生长和发育。
盐碱地土壤中碱性物质（如碳酸盐）过高，导致土壤的pH值升高，会影响植物根系吸收养分的能力，造成养分缺乏。一般来说，只有土壤pH值在6.5~7时，土壤养分的活性才处于最大值，而重度盐碱地的土壤pH值多在9.5以上。
高盐度和高碱性还将影响土壤微生物活动，降低土壤肥力。排水不良和水分蒸发速度过快，也会导致养分流失加剧，使土壤日渐贫瘠。
盐碱地为何难以治理？土地一旦盐碱化就会陷入恶性循环，几乎难以恢复。
盐碱地的土壤结构被破坏，形成致密的土壤层，阻碍水分渗透和根系的生长，这使得盐分和水分更难以在土壤中均匀分布，加剧土壤的盐碱化。
土壤中某些关键营养元素的不平衡，如钾、磷、氮等，限制着植物的生长和代谢，降低微生物的活性和多样性。
如此，土壤的生态系统逐渐被破坏，自我生物修复和生态恢复能力大打折扣。
这诸多不利条件使植被在盐碱地难以生存繁衍，而没有植物根系支撑的土壤稳定性降低，又加速了风蚀和水蚀。
耐碱基因的研究至关重要盐碱地广泛分布于全球，多位于干旱和半干旱地区，其中气候干燥、降水稀少以及排水不良的地区最容易形成盐碱地。
土壤盐碱化早已是全球性问题，如今全球盐碱地总面积达9亿公顷，其中大部分位于亚洲、非洲和澳洲。
我国是全球盐碱地面积最大的国家之一，总面积大约有15亿亩，约占全球盐碱地面积的十分之一，主要分布在西北方的内陆地势低洼的盆地和平原以及东部沿海地区，这些地区常年蒸发量大，水分含盐量高，土壤中的盐分和碱性物质难以排除，不适宜农业生产。
我国耕地中盐碱地面积占比示意图
如此庞大的盐碱地面积治理起来极为困难：
盐碱地的治理是一个长期而艰难的过程，初期可能要用几年时间改善土壤质量和减少盐碱度，然后需要更多的时间进行物理改良、化学改良或生物改良，来稳定土壤环境和恢复植被，基于土壤盐碱化的程度不同，最多需要几十年才能实现完全恢复。
难度大，成本高，周期长，这就是盐碱地治理所面临的问题，所以，一味地追求改善土壤早已不是最优解决方案，如今我国盐碱地的治理理念已经从“治理盐碱地以适应植物生长”转变为“培育耐盐碱植物适应盐碱环境”。
农业科学界对于植物耐盐性的研究已经卓有成效，而耐碱机制的相关研究仍然比较薄弱，寻找作物能够适应或抵抗碱性环境基因的工作就成为了重中之重。
近几年，中国水稻研究所与农业科学研究院等机构的科学家们在水稻与小麦的耐碱基因方面都取得了一定的研究成果。
例如，发现了一些调控水稻耐碱适应的基因，如Nrat1、HKT1和NHX等。这些基因参与了水稻根系对钠离子的排泄、离子平衡的调节以及细胞内外pH的维持等过程。
在小麦耐碱性的研究方面，科学家们鉴定了一些与小麦耐盐碱适应相关的基因，如TaSOS1、TaHKT1、TaNHX等。这些基因在小麦根系盐胁迫响应、离子平衡和根系形态调节等方面具有重要作用。
这次，科研人员选取了高粱作为耐碱性研究的实验作物，高粱相比于小麦和水稻具有更多优势：
高粱耐旱性强，对干燥与高温环境适应性更佳；而且具有极强的抗逆性，在恶劣环境中能够维持产量稳定，本身就能抵御一定的土壤盐碱化压力；高粱是短日照植物，光能利用率是普通农作物的2~3倍，单位产量更高；它的根系系统也十分发达强劲，能够渗入土壤，改善土壤结构并增加有机质含量。
高粱自身具备的种种优势使其成为了耐碱基因研究的理想作物。
科研人员收集了全球不同品系的高粱，对它们的耐碱程度进行了一一分析，最终发现了一个显著影响高粱耐碱性的基因，将其命名为AT1。
实验发现，AT1基因可以通过调控水通道蛋白的磷酸化应对盐碱环境的威胁，盐碱地也能丰收？中国科学家找到耐碱基因，亿亩盐碱地有救了！同时，当植物受到盐分胁迫时，会产生一种对自身有害的活性氧物质ROS，而AT1能够通过调节促进活性氧物质的外排，维持植物的健康生长。
令人兴奋的是，AT1基因不仅可以使高粱籽粒大幅增产，还可以投入水稻、小麦与玉米等主要粮食作物的耐碱性改良，使大部分禾本作物都得到增产。
粮食安全与全人类福祉这次在农作物耐碱基因的研究突破对于全人类来说都具有重大意义。
民以食为天，我国的15亿亩盐碱地中，至少有5亿亩可利用面积，是重要的后备耕地资源，也就是说，如果AT1耐碱基因研究投入应用，我国耕地面积将增加5亿亩，分布全国各地区的盐碱地都将得到高效利用，对于国家粮食安全产生积极影响：粮食产量将大幅度增加，农业战略储备与常备储备将更加充足，能够安全应对自然灾害、市场波动或突发事件引起的粮食短缺情况。
AT1基因对玉米、水稻等重要禾本作物的耐盐碱性调控都具有显著效果，玉米与水稻是人类最重要的粮食来源，全球总产量高居前两位，AT1基因改良后的作物如果能得到广泛推广，将极大地缓解全球粮食危机，拯救更多仍面临饥饿的贫困人口。
这是我国在农业科学领域迈出的里程碑式的一步，更是为全人类命运带来福祉的壮举。也许未来的某一天，将不会有人深受饥饿困扰，盐碱地也不再是荒芜的象征。
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