地理纵横

AT1基因作用机理及在五大作物应用示意图。（作者供图）

站在河套平原核心区域的宁夏银川市通贵乡的一块土地上，放眼望去，广阔的土地上白花花一片，路过的外地人可能会问：“下雪了吗？”这其实并不是雪，而是盐，正是我们常说的盐碱地。

通俗地讲，盐碱地指的是土壤中含有较多的可溶性盐分，不利于作物生长。盐碱地形成原因主要是自然因素和人为因素改变原有土壤水盐运动规律，造成土壤盐分向上迁移并在地表积聚，出现表层土盐化或碱化程度加重的现象。

我国盐渍化土地主要分布在东北、西北、华北、滨海、黄河中上游等区域，其中，新疆、甘肃、青海、内蒙古、宁夏等省区地势低平的盆地或平原盐渍土面积约占全国69%，紧随其后的是华北平原、松辽平原、大同盆地、青藏高原的一些湖盆洼地，以及滨海地区的辽东湾、谢海湾、莱州湾。

我国治理盐碱地有两种思路：一是“以地适种”，即改良盐碱地以适应作物生长；二是“以种适地”，即选育耐盐碱植物适应盐碱地。

目前，解析植物、作物耐碱机制的内容非常有限，原因主要表现在两个方面：一个是碱化土壤主要由碳酸钠（Na2CO3）或碳酸氢钠(NaHCO3)等引起，pH值（酸碱度，溶液酸碱性强弱程度）比较高。过去的研究方法主要是利用碳酸钠或碳酸氢钠来调节实验系统碱度，在实验过程中受环境影响，pH值变化大且不稳定，导致实验重复难度高。另一个是，选育耐盐碱植物是个大难题，很多研究常规使用的材料，如水稻、玉米等，起源地或种植地并不具备盐碱地条件，筛选到关键基因自然也很难。因此，如何“唤醒”具有潜在利用价值的盐碱地、发展耐盐碱作物，是困扰科学家的难题。

以耐盐碱高粱为材料，农作物耐盐碱机制解析及应用研究成果，首次发现主效耐碱基因AT1（Alkaline Tolerance 1）及其作用机制。

研究人员在寻找耐盐碱基因过程中付出了许多努力，也尝试过筛选多种不同植物，结果都不尽人意。后来，他们将目光转移到了具备高耐盐碱性、高生物量、高蛋白含量的高粱上，以期解决耐盐碱研究的材料选择问题。

研究人员从国内外搜集了352个不同品系的高粱材料，创新地采用混合碱（NaHCO3∶Na2CO3=5∶1）体系来筛选，有效解决了碳酸氢钠分解带来pH值不稳定问题。根据高粱在高盐碱土的生长状况，分为耐盐碱品种和不耐盐碱品种，利用基因编辑技术确认性状表现与基因片段的对应关系，将最优耐盐碱的高粱个体基因与耐碱性较差的高粱基因进行比对，最终锁定耐碱相关基因AT1。

在后续的田间试验中，研究人员通过基因编辑技术改良AT1及利用AT1基因自然突变的形式改造高粱，在盐碱地上的耐盐碱能力和产量均得到大幅提升，由此证实了AT1基因与高粱耐盐碱之间的对应关系。

只解析高粱耐盐碱的密码还不够，研究人员还想知道其他作物是否也会有类似的基因。一次偶然的机会，谢旗研究员在与中国科学院院士李家洋谈论工作时，发现水稻中的AT1基因同源体GS3（控制稻米粒长的粒形基因）已开展育种改良。团队后续工作也证明，缺失GS3基因的水稻也更耐碱。这意味着这种调控机制比较保守，与几种不同的单子叶农作物高粱、水稻、玉米中的作用机制相同。

除此之外，研究人员在盐碱地里培育出“中科甜438”“中科甜968”等6个国家登记甜高粱品种，通过生物改良方式极大地改善了当地土壤的盐碱化，实现了土地的长久利用，大大增加了可利用农业土地面积。

在自然界中，研究人员发现有的水稻品种含有AT1或GS3基因耐盐碱自然变异形式，而导入这种自然变异形式的6个北方水稻品种种植面积较大，且已走上了百姓餐桌。

目前，宁夏银川市通贵乡的盐碱地已不再荒芜一片，远处高扬的甜高粱正在向这片贫瘠的土地展现自己顽强的生命力。

（作者李云清系中国农业大学草业科学与技术学院博士生，于菲菲系中国农业大学教授，谢旗系中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员）

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