中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)首個(gè)作物耐堿性鹽的重要基因。近期發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上的這一重要科技成果，引起海內(nèi)外高度關(guān)注。它意味著，從現(xiàn)在起，人們將可以利用分子育種手段，顯著提高多種農(nóng)作物的鹽堿耐受性。

【資料圖】

自然資源部日前發(fā)布的公報(bào)顯示，我國(guó)耕地面積已達(dá)19.14億畝。而此前有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的鹽堿地規(guī)模竟與之同一量級(jí)，達(dá)到近15億畝，約占世界總量的十分之一。

“支持將符合條件的鹽堿地等后備資源適度有序開(kāi)發(fā)為耕地”“做好鹽堿地等耕地后備資源綜合開(kāi)發(fā)利用試點(diǎn)”……近些年的中央一號(hào)文件，都將鹽堿地視作后備耕地的“頭號(hào)種子”。

我們?yōu)槭裁葱枰嗄望}堿農(nóng)作物？向鹽堿地要糧食，究竟有多難？與它“打交道”有什么講究？近日，記者采訪了上述科研成果的發(fā)布者——中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗及其團(tuán)隊(duì)骨干成員，并在東海之濱的浙江窺見(jiàn)了改良鹽堿地種糧的“硬核實(shí)力”。

鹽堿地能種什么糧

“你看這白茫茫的一片，好像下了雪；但它不是雪地，是鹽堿地。”在中國(guó)水稻所，記者遇見(jiàn)了前來(lái)講座的謝旗研究員。他從手機(jī)里翻出了一張幾年前攝于新疆阿克蘇的照片。

原來(lái)，隨著淡水資源緊缺、化肥過(guò)量施用和氣候變化加劇，大量易溶性鹽類(lèi)隨水分蒸發(fā)，在土地表層集聚。“土壤鹽漬化”趨勢(shì)令人揪心。預(yù)計(jì)2050年，世界一半可耕土地都要遭此影響。照片上那抹白，不是別的，正是結(jié)了晶的鹽。

據(jù)測(cè)算，每改良和耕種1億畝鹽堿地，能為中國(guó)增加100億公斤以上糧棉油產(chǎn)出?？梢?jiàn)，18億畝耕地的“生命紅線”之外，鹽堿地的開(kāi)發(fā)利用潛力巨大，足以成為守護(hù)國(guó)家糧食安全的“金鐘罩、鐵布衫”。

不過(guò)，并非所有鹽堿地都適合種糧。鹽堿地被分為輕、中、重度三類(lèi)：含鹽量不超過(guò)3‰，PH值在7.1到8.5之間的為輕度；含鹽量超過(guò)6‰，PH值在9.5以上的為重度；中度居于兩者之間。一般，中、輕度鹽堿地被認(rèn)為具有耕種潛力。

然而，在鹽堿地種糧食，并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。農(nóng)民有句老話“鹽堿地里種莊稼,十年九不收”，高鹽而貧瘠的土壤往往會(huì)使農(nóng)作物難以吸收水分，長(zhǎng)得瘦小羸弱，甚至因根部中毒而死亡。

頗為矛盾的是，改良鹽堿地的“上上策”，恰是種植農(nóng)作物。

“鹽堿地種糧，靠的是勤能補(bǔ)拙、持之以恒?！敝x旗說(shuō)，只要作物能夠在鹽堿地上成活，通過(guò)年復(fù)一年的種植，就能有效吸收并帶走鹽分、提高地溫，促進(jìn)土壤中的微生物活動(dòng)和有機(jī)物分解，并在表層土壤和下層土壤之間形成防滲保水的“犁底層”，阻隔鹽分隨地下水的蒸騰向上積聚。

誰(shuí)能撕開(kāi)一道鹽堿地種糧的“口子”？

謝旗將目光投向了陪伴人類(lèi)走過(guò)數(shù)千年文明史的古老谷類(lèi)作物——高粱。

“高粱起源于西非的半干旱地區(qū)薩赫勒，那里降水少，土地貧瘠，土壤鹽堿度比較高，所以，它先天就比其他作物更具耐鹽堿的本事?！敝x旗說(shuō)，如今在國(guó)人眼里，高粱只是釀造白酒的主要原料，但在世界許多干旱和半干旱地區(qū)，高粱仍是數(shù)億人口賴(lài)以生存的主糧作物。

“種高粱，可不止為了釀酒”

這幾日，新疆大地正火速回暖升溫。謝旗團(tuán)隊(duì)成員、中科院高級(jí)工程師唐三元即刻動(dòng)身前往。

唐三元在團(tuán)隊(duì)中主要負(fù)責(zé)高粱新品種培育及示范推廣。這次，他帶著新育成的“中科甜438”“中科甜968”兩大甜高粱品種，來(lái)到這片位于和田與阿克蘇地區(qū)的千畝鹽堿地，指導(dǎo)新一季種植。

事實(shí)上，為盤(pán)活鹽堿地，中國(guó)科學(xué)家們大多選擇從土壤改良入手，陸續(xù)積累了八大體系的數(shù)十項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，包括用生物有機(jī)肥改良土壤、滴灌水鹽調(diào)控等。多年來(lái)，謝旗團(tuán)隊(duì)卻堅(jiān)持把精力都花在培育更耐鹽堿、更高效益的高粱品種上。

“種高粱，可不止為釀酒?！敝x旗揭示，隨著生活條件的不斷提升，國(guó)人食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)正發(fā)生變化：近年來(lái)谷物的需求量已減少近4成，肉奶的需求量卻增加了3倍以上。利用鹽堿地?cái)U(kuò)大高粱種植對(duì)于“端穩(wěn)中國(guó)人飯碗”的意義，恰恰在于實(shí)現(xiàn)“肉奶自由”。

最高能在PH值為8.5的土壤中正常生長(zhǎng)的甜高粱，正是普通粒用高粱的一個(gè)變種——它的莖葉發(fā)達(dá)，多汁味甜，營(yíng)養(yǎng)豐富，是喂食牛羊的理想青貯飼料。食用甜高粱的牛羊生長(zhǎng)健壯，每日增重、產(chǎn)奶量和肉奶中多種營(yíng)養(yǎng)成分含量也相較吃玉米多有提升。美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、日本、巴西等農(nóng)業(yè)大國(guó)都將甜高粱作為優(yōu)質(zhì)的畜牧飼料進(jìn)行利用。

“利用大片鹽堿地推廣種植優(yōu)質(zhì)的甜高粱品種，能緩解我國(guó)對(duì)飼用大豆、玉米的進(jìn)口依賴(lài)，提升飼用糧食的自給水平?！敝x旗說(shuō)，牛羊長(zhǎng)肉產(chǎn)奶，人們吃肉喝奶，最終，鹽堿地上種植的甜高粱，還是“入”了人的肚子。

“目前，我們一共育成了9個(gè)飼用甜高粱新品種，在寧夏、河北、山東、新疆、江蘇、吉林、內(nèi)蒙古等地的80萬(wàn)畝鹽堿地、旱地上獲得了豐收?！碧迫嘎叮恋氐柠}堿化往往與荒漠化過(guò)程相伴而生，甜高粱正化身其中頑強(qiáng)的“生態(tài)斗士”，在貧瘠而干旱的環(huán)境中改善土壤，為人類(lèi)社會(huì)創(chuàng)造糧食。

“幾個(gè)月后，它們能長(zhǎng)得比我還高！”看著新播完的高粱鹽堿地，他語(yǔ)帶驕傲。

破譯“耐鹽堿密碼”

既然高粱可以，那么，讓其他糧食作物也能在鹽堿地成活，是否有可能？的確有。

通過(guò)6年的時(shí)間反復(fù)試驗(yàn)與驗(yàn)證，謝旗團(tuán)隊(duì)在DNA分子層面終于獲得了關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)——

他們利用全基因組關(guān)聯(lián)分析、基因編輯等現(xiàn)代遺傳育種技術(shù)，聯(lián)手中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等8家科研單位的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)，在高粱中成功鎖定了一個(gè)調(diào)控耐鹽堿性狀的重要基因AT1。

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，聯(lián)合攻關(guān)組發(fā)現(xiàn)，AT1基因的耐鹽堿功能同樣適用于其他的禾本科糧食作物，包括水稻、玉米、小麥和谷子；在水稻中，他們也發(fā)現(xiàn)了與AT1同源的GS3基因。

“在此之前，科學(xué)家只知道GS3基因能控制水稻種子的粒型，這一次，我們驗(yàn)證了它的耐鹽堿功能?！敝袊?guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授于菲菲全程參與了研究。

她透露，大田實(shí)驗(yàn)中，一旦將AT1或GS3基因敲除，在鹽堿地上，尤其是高PH值的蘇打鹽堿地上，這些糧食作物的存活率均顯著提升，就連谷物的產(chǎn)量、全株植物的重量也能增長(zhǎng)20%至30%。這就為更多作物的耐鹽堿品種的改良與開(kāi)發(fā)，打開(kāi)了一扇“分子設(shè)計(jì)”的窗戶(hù)。攻關(guān)組曾作出假設(shè)與測(cè)算：未來(lái)，如果全球20%的鹽堿地能種上圍繞該基因進(jìn)行精準(zhǔn)改良的耐鹽堿作物，每年至少可為全世界增加2.5億噸的糧食產(chǎn)出。

《科學(xué)》審稿專(zhuān)家將這一發(fā)現(xiàn)稱(chēng)為“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重大突破”。

“之前，學(xué)術(shù)界對(duì)于植物的耐鹽性的認(rèn)識(shí)更為深入，相關(guān)研究較多，例如袁隆平院士團(tuán)隊(duì)大名鼎鼎的海水稻，就是耐鹽性水稻的代表；相比之下，對(duì)植物如何耐堿的研究成果則少之又少?！庇诜品票硎荆c這一科研現(xiàn)狀相對(duì)的情況則是，在全球鹽堿地的類(lèi)型中，富含氯化鈉和硫酸鈉、中性PH的鹽地占40%；而富含碳酸鈉和碳酸氫鈉、高PH的堿地則占了60%的“大頭”。

“AT1既然是一個(gè)起負(fù)調(diào)控作用的主效耐堿基因，它的發(fā)掘在耐鹽堿作物的科研育種中，就多了一層‘補(bǔ)短板’‘降盲區(qū)’的意味。”于菲菲說(shuō)。

浙江海島鹽場(chǎng)的實(shí)踐

鹽堿地要種糧，除了改變種子，改變土壤，有時(shí)也不失為良策。

在浙江省舟山市岱山縣岱西鎮(zhèn)的“火箭鹽場(chǎng)”，千余畝冬小麥即將成熟，海風(fēng)吹過(guò)，泛起青黃的麥浪。很難想象，6年前，這兒還是寸草不生的海濱鹽堿地。

與謝旗團(tuán)隊(duì)在內(nèi)陸盆地、高山洼地等缺水地區(qū)推行耐鹽堿作物、“以種適地”的改良思路不同，這里環(huán)境濕潤(rùn)，可運(yùn)用相對(duì)豐厚的淡水資源洗鹽洗堿，“以地適種”就顯得更快速有效。

“這一帶本是個(gè)近萬(wàn)畝的日曬制鹽場(chǎng)，底下土壤常年不見(jiàn)陽(yáng)光，毫無(wú)通透性可言，有機(jī)質(zhì)含量很低，含鹽量卻極高，超出普通耕地足足五六倍?！奔夹g(shù)支撐方代表、浙江省農(nóng)資集團(tuán)項(xiàng)目經(jīng)理馬琨回憶。

鹽既隨水來(lái)，也會(huì)隨水走。做好水的文章，昔日鹽場(chǎng)在馬琨團(tuán)隊(duì)的手下，一步步變成了如今5200多畝可耕種的水田、旱地。

頭一年，土壤PH值超出8.5。他們與浙江農(nóng)林大學(xué)合作研制了一種粉狀“土壤改良劑”，用農(nóng)機(jī)打入表層土壤，酸堿中和，增加有機(jī)質(zhì)含量，再不斷灌排淡水，就像模擬洗衣機(jī)“加洗衣粉清除衣服里的臟東西”一樣，洗去土壤鹽分。

此后兩年，在播種單季稻前，他們都會(huì)用淡水再次淋洗土壤；稻種發(fā)芽過(guò)程中，與常規(guī)耕地“保持水位不能沒(méi)過(guò)種子”的規(guī)矩不一樣，他們采取“日灌夜排”方式，白天灌水稀釋鹽分，夜里排水讓稻種呼吸，通過(guò)高頻率排灌淡水進(jìn)一步壓低鹽分。

馬琨算過(guò)一筆賬，在改良鹽堿地種植水稻，比普通耕地高出約3成用水量。因此，鹽場(chǎng)周邊新修的兩個(gè)水庫(kù)，每年都會(huì)在雨季和臺(tái)風(fēng)季時(shí)蓄足淡水。

從2018年的每畝不足350公斤到2022年的畝均450公斤，鹽場(chǎng)數(shù)千畝稻田的平均畝產(chǎn)年年增長(zhǎng)。最高產(chǎn)的一片，畝產(chǎn)已達(dá)600公斤，與當(dāng)?shù)貎?yōu)良耕地的產(chǎn)量不相上下。

鹽堿地也能種糧食？馬琨笑說(shuō)，曾經(jīng)，當(dāng)?shù)乩习傩粘錆M懷疑，后來(lái)，卻爭(zhēng)先恐后趕來(lái)承包田塊。

事實(shí)證明，鹽堿地經(jīng)過(guò)科學(xué)的土壤改良，配合恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)藝優(yōu)化，也能變身“千斤良田”，種好“甬優(yōu)1540”“秀水14”等常規(guī)水稻品種。

有人說(shuō)，鹽堿地是大地的淚痕。擦去淚痕，昔日的“無(wú)名之輩”未來(lái)無(wú)限可期。

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