问题:水稻为何“从多年生变一年生”,多年生稻如何走向应用 水稻是全球最重要的口粮作物之一。
长期以来,栽培稻以一年生为主:一季收获后需要重新整地、育秧、移栽或直播。
这一生产方式在保障产量的同时,也带来劳动力投入高、耕作扰动频繁、部分地区水土流失与面源污染风险上升等问题。
相比之下,一些野生稻具有多年生特性,能够在收割后依靠再生分蘖或地下器官持续存活并再次抽穗结实。
解析“多年生”背后的遗传基础,不仅关乎作物驯化的科学问题,也关系到未来能否培育更省工、更稳定、更绿色的“多年生水稻”。
原因:锁定关键基因EBT1,揭示表达模式改变是驯化转变“开关” 中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队和王佳伟研究员团队围绕野生稻多年生生活史的遗传控制开展系统研究,首次克隆到决定野生稻多年生习性的关键基因EBT1,并进一步阐明:该基因座位表达模式的改变,是水稻在驯化过程中由多年生向一年生转变的重要机制。
研究表明,驯化并非只是在“是否存在某个基因”层面发生变化,更可能通过调控网络与表达格局的重塑,改变了植株的生命周期策略。
相关成果于北京时间3月20日以封面论文形式发表于国际权威学术期刊《科学》。
影响:从“解释过去”到“面向未来”,为育种与农业绿色转型提供支点 这一发现首先在基础层面完善了人们对水稻驯化历程的认识:栽培稻一年生特性的形成,可能与关键基因表达重编程密切相关,为理解作物从野外生存策略向农田高产策略转变提供了直接证据。
在应用层面,EBT1为培育多年生或强再生能力水稻提供了可操作的遗传靶点。
若能在稳定产量、品质与抗性基础上,提高再生能力与多年生维持能力,有望减少翻耕和育秧移栽次数,降低燃油、用水与化肥农药投入强度,缓解部分地区“谁来种地”的压力,同时对提升农田生态系统稳定性具有潜在价值。
对丘陵山区、小农分散地块以及劳动力紧缺地区而言,相关育种方向尤其值得关注。
对策:推动多学科协同,打通“基因—性状—品种—生产”链条 业内人士指出,将关键基因发现转化为可推广的品种与技术体系,还需跨越多道关口:一是系统评估多年生或再生性增强后,对产量构成、米质、抗病虫性、抗逆性以及成熟一致性的影响,避免“能活但不好种、能再生但产量波动”等问题;二是结合分子设计育种、基因编辑与常规育种手段,构建不同生态区可用的材料体系,并在多点多年连续试验中验证稳定性;三是配套栽培制度创新,包括收割留茬高度、田间水肥管理、病虫草综合防控等,形成与多年生特性相匹配的生产方案;四是强化野生稻种质资源保护与规范利用,在生物安全、知识产权与资源共享之间形成可持续机制。
前景:多年生水稻或成未来重要方向,但仍需理性推进、循序渐进 随着气候变化、劳动力结构变化以及农业绿色发展要求提升,兼顾高产与低投入的作物类型更受期待。
EBT1的发现,使多年生水稻研究从“现象探索”迈向“机制牵引”的新阶段,为后续解析更多关键位点、构建调控网络、实现精准改良奠定基础。
可以预期,未来围绕“多年生—高产—优质—抗逆”的综合性状协同改良将成为重点,相关成果也有望延伸至其他禾本科作物的生命周期调控研究。
但与此同时,多年生性状的稳定表达、不同生态区适应性以及病虫草害累积风险等问题仍需长期跟踪评估,推广应用应坚持科学试验与风险管控并重。
从发现一个基因到改变一种作物,中国科学家正以原创性突破叩响农业革命的大门。
这项研究不仅展现了基础科研对粮食安全的支撑作用,更启示我们:蕴藏在野生资源中的遗传密码,或许正是应对未来挑战的密钥。
随着分子育种技术不断进步,传统农业生产方式或将迎来历史性变革。