新技術有望保障全球變暖下的糧食安全

張建松

隨著溫室效應加劇，全球氣候變暖造成的“高溫脅迫”，對世界糧食安全造成嚴重威脅。利用先進的遺傳工程手段，中科院分子植物科學卓越創新中心、植物分子遺傳國家重點實驗室郭房慶研究組，經過長達6年多的努力，在提高植物光合效率和產量方面取得了突破性進展。

據郭房慶研究員介紹，植物細胞中的葉綠體是進行光合作用的場所，高強光條件或高溫脅迫通常會引起葉綠體中的活性氧累積，抑制光合作用過程。其主要原因是造成葉綠體內的光合復合體PSII關鍵蛋白D1的迅速降解，葉片光合機能下降，進而導致作物減產。

在高強光條件或高溫脅迫下，如何提高葉綠體內的光合復合體PSII修復效率，進而增強植物的光合效率，提高生物量和產量，是長期困擾這一領域科學家的基礎性科學問題和挑戰性難題。

在以往研究中，科學家大多致力于從葉綠體內尋求解決之道。在中國科學院先導項目、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會等相關項目資助下，郭房慶帶領陳娟華、陳思婷等研究組成員，突破思維定式、獨辟蹊徑。

他們利用先進的遺傳工程手段，克隆并構建了一個全新的、由高溫響應啟動子驅動的“融合基因”，并整合擬南芥、煙草和水稻的基因組。經過遺傳轉化，在擬南芥、煙草和水稻三種植物中，成功創建了一條全新的、細胞核融合基因表達的D1蛋白合成途徑。

“這就相當于建立了植物細胞D1蛋白合成的雙途徑機制。一個途徑是天然的葉綠體途徑，另一個是用基因工程創建的細胞核途徑。通過增加植物細胞核源D1合成途徑，給植物補充D1，從而提高植物高溫抗性和光合效率，提高生物量和產量。”郭房慶說。

研究表明，擁有“D1蛋白合成雙途徑”的擬南芥、煙草和水稻改良株系，在高溫抗性、光合效率、二氧化碳同化速率、生物量等方面，相較于野生型均有大幅度增加，效果顯著。科研團隊分別在上海松江和海南三亞陵水育種基地，對水稻遺傳工程改良株系的產量進行了多年驗證，水稻增產幅度為8.1%～21.0%。

4月21日，國際權威學術期刊《自然·植物》刊發了相關研究論文。

（來源：《新華每日電訊》）