光明網訊（記者宋雅娟）7月22日，國際著名學術期刊《科學》雜志發表了中國農業科學院作物科學研究所研究員周文彬領銜的研究成果，該團隊在水稻中發現了高產基因（OsDREB1C），它能夠提高光合作用效率和氮素利用效率，同時使水稻提前抽穗，縮短生育期，能顯著提高水稻產量。
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中國工程院院士、中國農業科學院作物科學研究所萬建民對此評價認為，該項研究的重大突破之處不僅在于發現單一基因可同時調控多個重要生理途徑，打破了長期存在于農業生產中的“高產”與“早熟”之間的矛盾。“為未來通過協同改良多個生理性狀實現作物增產以及資源高效利用提供了新思路、新策略，將有力推動作物遺傳育種以及作物生理學研究的發展。”
水稻是全世界最重要的糧食作物之一，全球超過一半的人口將其作為主要食物來源。在人口持續增加和耕地面積減少條件下，持續提高作物產量是全世界農業生產最主要的目標。
“在有限耕地面積的情況下，提高作物單產是確保糧食安全的主要途徑。”論文通訊作者周文彬表示，從我國的糧食生產情況來看，2030年我國人口預計達14.5億，這就要求我國水稻、小麥、玉米等主要作物的生產能力提高20%以上。
光合作用是地球上一切生命物質和能量的基礎，植物通過光合作用過程將二氧化碳同化為有機物，完成碳的同化；另一方面，氮素是葉綠素、蛋白質、核酸及代謝物的重要組成成分，是作物生長發育必需的大量元素。光合碳同化及氮素吸收利用過程緊密偶聯，對作物生長發育和產量形成至關重要，作物碳-氮代謝協同是作物實現高產的基礎。
周文彬表示，“如何在提高作物光合作用效率的同時，提高氮素利用效率、促進作物碳氮代謝協同，從而實現作物高產高效，是當前農業科學領域重要的科學問題之一。”
也是基于這一目標，周文彬團隊利用7年的時間，在此前的研究基礎上，從118個潛在調控光合作用的基因中進行篩選，最終在水稻中鑒定到這一高產基因。
過表達OsDREB1C在田間促進水稻增產和早熟
研究發現，該基因過表達水稻植株較野生型光合碳同化速率顯著提高，在光下生長速度更快，并且葉片中積累更多光合同化產物，籽粒灌漿速率加快。同時，過表達植株對氮素的吸收轉運能力增強，并能將更多的氮素分配到籽粒中，氮素利用效率顯著提高。此外，研究還發現，過量表達該基因可使水稻抽穗期提前，并縮短整個生育周期。
SCIENCE期刊論文評審專家認為，作者出色地完成了大量的田間試驗工作，包括不同作物、不同地點的多年田間試驗，呈現了全面而可靠的實驗結果。該研究結果是了不起的、激動人心的并具有潛在影響力的，如果將其應用到實際農業生產中，必將進一步推動水稻等作物的可持續集約化生產。
中國科學院院士、中國科學院植物研究所研究員種康評價此項成果時說，該基因具有同時協同調控光合作用、氮素吸收利用以及抽穗期三個重要生理過程的功能，實現了作物“高產和氮素高效”、“高產和早熟”的雙協同。“這一通過單一基因改良多個生理性狀、實現產量突破的創新性研究，對于作物遺傳育種以及大田栽培耕作研究均具有重要的理論價值和指導作用。”
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