中国科学家发现首个作物耐碱性盐的重要基因 15亿亩盐碱地能否再造一个“大国粮仓”|每日焦点

中国科学家发现首个作物耐碱性盐的重要基因。近期发表在权威学术期刊《科学》上的这一重要科技成果，引起海内外高度关注。它意味着，从现在起，人们将可以利用分子育种手段，显著提高多种农作物的盐碱耐受性。

自然资源部日前发布的公报显示，我国耕地面积已达19.14亿亩。而此前有数据显示，我国的盐碱地规模竟与之同一量级，达到近15亿亩，约占世界总量的十分之一。

“支持将符合条件的盐碱地等后备资源适度有序开发为耕地”“做好盐碱地等耕地后备资源综合开发利用试点”……近些年的中央一号文件，都将盐碱地视作后备耕地的“头号种子”。

(资料图片)

我们为什么需要更多耐盐碱农作物？向盐碱地要粮食，究竟有多难？与它“打交道”有什么讲究？近日，记者采访了上述科研成果的发布者——中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员谢旗及其团队骨干成员，并在东海之滨的浙江窥见了改良盐碱地种粮的“硬核实力”。

盐碱地能种什么粮

“你看这白茫茫的一片，好像下了雪；但它不是雪地，是盐碱地。”在中国水稻所，记者遇见了前来讲座的谢旗研究员。他从手机里翻出了一张几年前摄于新疆阿克苏的照片。

原来，随着淡水资源紧缺、化肥过量施用和气候变化加剧，大量易溶性盐类随水分蒸发，在土地表层集聚。“土壤盐渍化”趋势令人揪心。预计2050年，世界一半可耕土地都要遭此影响。照片上那抹白，不是别的，正是结了晶的盐。

据测算，每改良和耕种1亿亩盐碱地，能为中国增加100亿公斤以上粮棉油产出。可见，18亿亩耕地的“生命红线”之外，盐碱地的开发利用潜力巨大，足以成为守护国家粮食安全的“金钟罩、铁布衫”。

不过，并非所有盐碱地都适合种粮。盐碱地被分为轻、中、重度三类：含盐量不超过3‰，PH值在7.1到8.5之间的为轻度；含盐量超过6‰，PH值在9.5以上的为重度；中度居于两者之间。一般，中、轻度盐碱地被认为具有耕种潜力。

然而，在盐碱地种粮食，并没有那么简单。农民有句老话“盐碱地里种庄稼,十年九不收”，高盐而贫瘠的土壤往往会使农作物难以吸收水分，长得瘦小羸弱，甚至因根部中毒而死亡。

颇为矛盾的是，改良盐碱地的“上上策”，恰是种植农作物。

“盐碱地种粮，靠的是勤能补拙、持之以恒。”谢旗说，只要作物能够在盐碱地上成活，通过年复一年的种植，就能有效吸收并带走盐分、提高地温，促进土壤中的微生物活动和有机物分解，并在表层土壤和下层土壤之间形成防渗保水的“犁底层”，阻隔盐分随地下水的蒸腾向上积聚。

谁能撕开一道盐碱地种粮的“口子”？

谢旗将目光投向了陪伴人类走过数千年文明史的古老谷类作物——高粱。

“高粱起源于西非的半干旱地区萨赫勒，那里降水少，土地贫瘠，土壤盐碱度比较高，所以，它先天就比其他作物更具耐盐碱的本事。”谢旗说，如今在国人眼里，高粱只是酿造白酒的主要原料，但在世界许多干旱和半干旱地区，高粱仍是数亿人口赖以生存的主粮作物。

“种高粱，可不止为了酿酒”

这几日，新疆大地正火速回暖升温。谢旗团队成员、中科院高级工程师唐三元即刻动身前往。

唐三元在团队中主要负责高粱新品种培育及示范推广。这次，他带着新育成的“中科甜438”“中科甜968”两大甜高粱品种，来到这片位于和田与阿克苏地区的千亩盐碱地，指导新一季种植。

事实上，为盘活盐碱地，中国科学家们大多选择从土壤改良入手，陆续积累了八大体系的数十项实用技术，包括用生物有机肥改良土壤、滴灌水盐调控等。多年来，谢旗团队却坚持把精力都花在培育更耐盐碱、更高效益的高粱品种上。

“种高粱，可不止为酿酒。”谢旗揭示，随着生活条件的不断提升，国人食物消费结构正发生变化：近年来谷物的需求量已减少近4成，肉奶的需求量却增加了3倍以上。利用盐碱地扩大高粱种植对于“端稳中国人饭碗”的意义，恰恰在于实现“肉奶自由”。

最高能在PH值为8.5的土壤中正常生长的甜高粱，正是普通粒用高粱的一个变种——它的茎叶发达，多汁味甜，营养丰富，是喂食牛羊的理想青贮饲料。食用甜高粱的牛羊生长健壮，每日增重、产奶量和肉奶中多种营养成分含量也相较吃玉米多有提升。美国、俄罗斯、澳大利亚、日本、巴西等农业大国都将甜高粱作为优质的畜牧饲料进行利用。

“利用大片盐碱地推广种植优质的甜高粱品种，能缓解我国对饲用大豆、玉米的进口依赖，提升饲用粮食的自给水平。”谢旗说，牛羊长肉产奶，人们吃肉喝奶，最终，盐碱地上种植的甜高粱，还是“入”了人的肚子。

“目前，我们一共育成了9个饲用甜高粱新品种，在宁夏、河北、山东、新疆、江苏、吉林、内蒙古等地的80万亩盐碱地、旱地上获得了丰收。”唐三元透露，土地的盐碱化往往与荒漠化过程相伴而生，甜高粱正化身其中顽强的“生态斗士”，在贫瘠而干旱的环境中改善土壤，为人类社会创造粮食。

“几个月后，它们能长得比我还高！”看着新播完的高粱盐碱地，他语带骄傲。

破译“耐盐碱密码”

既然高粱可以，那么，让其他粮食作物也能在盐碱地成活，是否有可能？的确有。

通过6年的时间反复试验与验证，谢旗团队在DNA分子层面终于获得了关键性发现——

他们利用全基因组关联分析、基因编辑等现代遗传育种技术，联手中国农业大学、华中农业大学等8家科研单位的专家团队协同攻关，在高粱中成功锁定了一个调控耐盐碱性状的重要基因AT1。

经过反复试验，联合攻关组发现，AT1基因的耐盐碱功能同样适用于其他的禾本科粮食作物，包括水稻、玉米、小麦和谷子；在水稻中，他们也发现了与AT1同源的GS3基因。

“在此之前，科学家只知道GS3基因能控制水稻种子的粒型，这一次，我们验证了它的耐盐碱功能。”中国农业大学草业科学与技术学院教授于菲菲全程参与了研究。

她透露，大田实验中，一旦将AT1或GS3基因敲除，在盐碱地上，尤其是高PH值的苏打盐碱地上，这些粮食作物的存活率均显著提升，就连谷物的产量、全株植物的重量也能增长20%至30%。这就为更多作物的耐盐碱品种的改良与开发，打开了一扇“分子设计”的窗户。攻关组曾作出假设与测算：未来，如果全球20%的盐碱地能种上围绕该基因进行精准改良的耐盐碱作物，每年至少可为全世界增加2.5亿吨的粮食产出。

《科学》审稿专家将这一发现称为“农业生产领域的重大突破”。

“之前，学术界对于植物的耐盐性的认识更为深入，相关研究较多，例如袁隆平院士团队大名鼎鼎的海水稻，就是耐盐性水稻的代表；相比之下，对植物如何耐碱的研究成果则少之又少。”于菲菲表示，与这一科研现状相对的情况则是，在全球盐碱地的类型中，富含氯化钠和硫酸钠、中性PH的盐地占40%；而富含碳酸钠和碳酸氢钠、高PH的碱地则占了60%的“大头”。

“AT1既然是一个起负调控作用的主效耐碱基因，它的发掘在耐盐碱作物的科研育种中，就多了一层‘补短板’‘降盲区’的意味。”于菲菲说。

浙江海岛盐场的实践

盐碱地要种粮，除了改变种子，改变土壤，有时也不失为良策。

在浙江省舟山市岱山县岱西镇的“火箭盐场”，千余亩冬小麦即将成熟，海风吹过，泛起青黄的麦浪。很难想象，6年前，这儿还是寸草不生的海滨盐碱地。

与谢旗团队在内陆盆地、高山洼地等缺水地区推行耐盐碱作物、“以种适地”的改良思路不同，这里环境湿润，可运用相对丰厚的淡水资源洗盐洗碱，“以地适种”就显得更快速有效。

“这一带本是个近万亩的日晒制盐场，底下土壤常年不见阳光，毫无通透性可言，有机质含量很低，含盐量却极高，超出普通耕地足足五六倍。”技术支撑方代表、浙江省农资集团项目经理马琨回忆。

盐既随水来，也会随水走。做好水的文章，昔日盐场在马琨团队的手下，一步步变成了如今5200多亩可耕种的水田、旱地。

头一年，土壤PH值超出8.5。他们与浙江农林大学合作研制了一种粉状“土壤改良剂”，用农机打入表层土壤，酸碱中和，增加有机质含量，再不断灌排淡水，就像模拟洗衣机“加洗衣粉清除衣服里的脏东西”一样，洗去土壤盐分。

此后两年，在播种单季稻前，他们都会用淡水再次淋洗土壤；稻种发芽过程中，与常规耕地“保持水位不能没过种子”的规矩不一样，他们采取“日灌夜排”方式，白天灌水稀释盐分，夜里排水让稻种呼吸，通过高频率排灌淡水进一步压低盐分。

马琨算过一笔账，在改良盐碱地种植水稻，比普通耕地高出约3成用水量。因此，盐场周边新修的两个水库，每年都会在雨季和台风季时蓄足淡水。

从2018年的每亩不足350公斤到2022年的亩均450公斤，盐场数千亩稻田的平均亩产年年增长。最高产的一片，亩产已达600公斤，与当地优良耕地的产量不相上下。

盐碱地也能种粮食？马琨笑说，曾经，当地老百姓充满怀疑，后来，却争先恐后赶来承包田块。

事实证明，盐碱地经过科学的土壤改良，配合恰当的农艺优化，也能变身“千斤良田”，种好“甬优1540”“秀水14”等常规水稻品种。

有人说，盐碱地是大地的泪痕。擦去泪痕，昔日的“无名之辈”未来无限可期。