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中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)首個作物耐堿性鹽的重要基因。3月下旬發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Science》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。
4月12日，自然資源部發(fā)布的公報(bào)顯示，我國耕地面積已達(dá)19.14億畝。而此前有數(shù)據(jù)顯示，我國的鹽堿地規(guī)模竟與之同一量級，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發(fā)為耕地”“做好鹽堿地等耕地后備資源綜合開發(fā)利用試點(diǎn)”……近兩年的中央1號文件，都將鹽堿地視作后備耕地的“頭號種子”。
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了改良鹽堿地種糧的“硬核實(shí)力”。
（一）誰能撕開鹽堿地種糧的“口子”？
謝旗拍攝的新疆阿克蘇附近鹽堿地 受訪者供圖
“你看這白茫茫的一片，好像下了雪；但它不是雪地，是鹽堿地。”
在中國水稻所，記者遇見了前來開辦講座的謝旗研究員。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，隨著淡水資源緊缺、化肥過量施用和氣候變化加劇，大量易溶性鹽類隨水分蒸發(fā)，在土地表層集聚?！巴寥利}漬化”趨勢令人揪心，預(yù)計(jì)2050年，世界一半可耕土地都要遭此影響。
圖上那抹白，不是別的，正是結(jié)了晶的鹽。
據(jù)測算，每改良和耕種1億畝鹽堿地，能為中國增加100億公斤以上糧棉油產(chǎn)出?？梢姡?8億畝耕地的“生命紅線”之外，鹽堿地的開發(fā)利用潛力巨大，足以成為守護(hù)國家糧食安全的“金鐘罩鐵布衫”。
不過，并非所有鹽堿地都適合種糧。鹽堿地被分為輕、中、重度三類。含鹽量不超過3‰，pH值在7.1到8.5之間為輕度；含鹽量超過6‰，pH值在9.5以上為重度；中度居于兩者之間。一般來說，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，并沒有那么簡單。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使農(nóng)作物難以吸收水分，長得瘦小羸弱，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。”謝旗說，只要作物能夠在鹽堿地上成活，通過年復(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。
誰能撕開一道鹽堿地種糧的“口子”？謝旗將目光投向了陪伴人類走過數(shù)千年文明史的古老谷類作物——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，如今在國人眼里，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)億人口賴以生存的主糧作物。
謝旗研究員站在種植甜高粱的鹽堿地前 受訪者供圖
（二）“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、中科院高級工程師唐三元即刻動身前往。
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。
種上了甜高粱的鹽堿地 受訪者供圖
事實(shí)上，為盤活鹽堿地，中國科學(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，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，可不只為釀酒?！敝x旗表示，隨著生活條件的不斷提升，國人食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)正發(fā)生變化，近年來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)大高粱種植對于“端穩(wěn)中國人飯碗”的意義，恰恰在于實(shí)現(xiàn)“肉奶自由”。
最高能在pH值為8.5的土壤中正常生長的甜高粱，正是普通粒用高粱的一個變種——它的莖葉發(fā)達(dá)，多汁味甜，營養(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健壯，每日增重、產(chǎn)奶量和肉奶中多種營養(yǎng)成分含量也相較吃玉米多有提升。美國、俄羅斯、澳大利亞、日本、巴西等農(nóng)業(yè)大國都將甜高粱作為優(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，能緩解我國對飼用大豆、玉米的進(jìn)口依賴，提升飼用糧食的自給水平?！敝x旗說，牛羊長肉產(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80萬畝鹽堿地、旱地上獲得了豐收。”唐三元透露，土地的鹽堿化往往與荒漠化過程相伴而生，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，為人類社會創(chuàng)造糧食。
“幾個月后，它們能長得比我還高！”看著新播完的高粱鹽堿地，他語氣中帶著驕傲。
1米72的唐三元與鹽堿地里種成的甜高粱比身高 受訪者供圖
（三）在DNA上破譯“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6年的時間反復(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)合中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等8家科研單位的專家團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)，在高粱中成功鎖定了一個調(diào)控耐鹽堿性狀的重要基因AT1。
經(jīng)過反復(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r(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/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20%至30%。
這就為更多作物的耐鹽堿品種的改良與開發(fā)，打開了一扇“分子設(shè)計(jì)”的窗戶。攻關(guān)組曾作出假設(shè)與測算：
未來，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。
《Science》審稿專家將這一發(fā)現(xiàn)稱為“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重大突破”?！爸皩W(xué)術(shù)界對于植物的耐鹽性的認(rèn)識更為深入，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，對植物如何耐堿的研究成果則少之又少。”于菲菲表示，與這一科研現(xiàn)狀相對的情況則是：
在全球鹽堿地的類型中，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。
（四）鹽既隨水來，也會隨水走——浙江海島鹽場的實(shí)踐
鹽堿地要種糧，除了改變種子，有時，改變土壤，也不失為良策。
春天到，在浙江省舟山市岱山縣岱西鎮(zhèn)的“火箭鹽場”，千余畝冬小麥即將成熟，海風(fēng)吹過，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，可運(yùn)用相對豐厚的淡水資源洗鹽洗堿，“以地適種”就顯得更快速有效。
“這一帶本是個近萬畝的日曬制鹽場，底下土壤長期不見陽光，毫無通透性可言，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，也會隨水走，做好水的文章，昔日鹽場在馬琨團(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。
舟山火箭鹽場的改良鹽堿地麥田 受訪者供圖
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，他們都會用淡水再次淋洗土壤；稻種發(fā)芽過程中，與常規(guī)耕地“保持水位不能沒過種子”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，通過高頻率排灌淡水進(jìn)一步壓低鹽分。
昔日火箭鹽場經(jīng)鹽堿地土壤改良，麥子豐收 受訪者供圖
馬琨算過一筆賬，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，鹽場周邊新修的兩個水庫，每年都會在雨季和臺風(fēng)季時蓄足淡水。
從2018年的每畝不足350公斤，提升至2022年的畝均450公斤，鹽場數(shù)千畝稻田的平均畝產(chǎn)年年增長，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，曾經(jīng)，當(dāng)?shù)乩习傩粘錆M懷疑，后來，卻爭先恐后趕來承包田塊。
事實(shí)證明，鹽堿地經(jīng)過科學(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，鹽堿地是大地的淚痕。擦去淚痕，昔日的“無名之輩”未來無限可期。
責(zé)任編輯：錢弘慧 葉琛欣
總平臺審核編輯：耿晨
