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據研究，全球平均氣溫每升高1℃，會導致小麥減產6.0%，水稻減產3.2%，玉米減產7.4%，大豆減產3.1%。據預測，至2040年，高溫有可能使全球糧食減產30%~40%

高溫抗性增強的新品系，在高溫脅迫下的產量，比對照組的產量增加50%以上，可以維持在高溫天氣下水稻產量的穩(wěn)定性

目前我們已成功挖掘克隆了多個水稻基因，并且獲得了專利，育種家可以利用這些基因改良作物的種子。比如，可以借助分子生物技術方法將抗熱新基因TT1、TT2、TT3.1/TT3.2應用于改良水稻、小麥、玉米以及蔬菜等作物的種子

從各種稻種種質資源寶藏中挖掘出更多有利基因位點，深入揭示水稻復雜數(shù)量性狀的調控機制和調控網絡，搶占農業(yè)知識產權高地，為作物分子設計育種提供新的基因資源和新知識，為我國種業(yè)振興和保障我國糧食安全作貢獻

民以食為天。面對全球氣候變暖，如何用科學手段保障糧食安全？

　　中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心林鴻宣院士，長期面向農業(yè)發(fā)展這一重大戰(zhàn)略需要，選擇重大科學問題作為主攻方向，率先在水稻抗逆復雜性狀（抗高溫、抗旱、耐鹽）、產量復雜性狀的基因挖掘及分子遺傳調控機理研究領域，取得了一系列有國際水平的突破性成果。

　　經過長達近10年努力，他帶領科研團隊最新的一項研究成果是，在國際上成功發(fā)現(xiàn)第一個潛在的農作物“高溫感受器”。今后，可借助分子生物技術方法，將這項研究挖掘的抗高溫新基因，應用于水稻、小麥、玉米、大豆以及蔬菜等農作物的抗高溫育種改良中，提高不同作物品種的高溫抗性，維持其在極端高溫下的產量穩(wěn)定性。這對于有效應對全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有重要意義。

氣候變暖加劇糧食安全問題

　　《瞭望》：全球氣候變暖，重要的農作物會受到什么影響？

　　林鴻宣：隨著溫室氣體排放積累增加，全球氣候變暖速度加快，極端高溫天氣頻繁發(fā)生。以中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心所在的上海為例，據上海中心氣象臺統(tǒng)計，截至今年8月5日，上海35℃以上的高溫天數(shù)累計已達32天，為近30年以來歷史同期最多。其中，40℃及以上的高溫酷暑日已有4天。

　　這樣的高溫天氣，無論是對人類的生活還是對農作物的生產均造成危害。因為，當氣溫高出38℃時，會抑制許多作物包括水稻、玉米、小麥等的生長，特別是會降低許多作物的花粉育性，從而引起結實率下降，造成作物產量大幅度減少。同時，還會引起作物灌漿不實、籽粒不飽滿，使谷物品質顯著降低。因此，高溫脅迫（溫度升高至植物適宜范圍最高點產生的對植物的能量代謝、生長發(fā)育的脅迫現(xiàn)象）加劇了世界糧食生產安全問題。

　　據研究，全球平均氣溫每升高1℃，會導致小麥減產6.0%，水稻減產3.2%，玉米減產7.4%，大豆減產3.1%。據預測，至2040年，高溫有可能使全球糧食減產30%~40%。同時，隨著人口的持續(xù)增加，糧食需求呈剛性增長，全球氣候變暖對未來農業(yè)發(fā)展勢必帶來巨大挑戰(zhàn)。

　　《瞭望》：能否介紹你應對氣候變暖保證糧食生產的研究思路？

　　林鴻宣：為了解決全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題這一重大戰(zhàn)略需求，我們需要從科學研究中尋找解決方案。

　　綜合應用現(xiàn)代遺傳學、基因組學、分子生物學、細胞生物學、植物生理學等先進方法和技術，從豐富的稻種資源包括野生稻、亞洲稻地方品種、非洲稻等種質資源中，挖掘鑒定出控制水稻抗高溫、耐鹽、抗旱性狀及高產性狀的基因位點，闡明它們的功能與調控機制，為培育抗逆性強、穩(wěn)產高產的作物品種提供優(yōu)異基因資源和理論基礎，為有效應對全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題提供技術支撐和技術儲備。

　分離克隆多個控制水稻復雜性狀的基因

　　《瞭望》：請具體介紹一下你們團隊這些年來的主要科研成果。

　　林鴻宣：作物許多性狀，包括抗高溫、耐鹽、抗旱等抗逆性狀和產量性狀，是由多基因控制的復雜數(shù)量性狀，遺傳調控機制復雜，研究難度大，具有挑戰(zhàn)性。

　　我們研究團隊從2001年組建起，二十多年來，一直選擇水稻抗逆復雜性狀（抗高溫、耐鹽、抗旱）、產量復雜性狀的基因挖掘及分子遺傳調控機理研究作為主攻方向，在該領域取得一系列突破性成果。

　　我們首次成功分離克隆了多個控制水稻復雜性狀的“重量級”基因，如抗高溫基因（TT1、TT2、TT3）、耐鹽基因（SKC1、HAL3）、抗旱基因（DST、DCA1）、粒型基因（GW2、GL3.1、GSN1、GW6、GSA1、GS3.1）、穗型基因（GNP1、ER1）、株型基因（PROG1）、生殖隔離基因(Hwi1、Hwi2)等，并深入闡明了復雜性狀的遺傳調控機理。不僅有理論創(chuàng)新，還有應用前景。

　　目前，我們團隊擁有15項基因授權發(fā)明專利，為我國搶占農業(yè)知識產權高地、改良作物和保障糧食安全，提供了珍貴的基因資源。我們許多成果都已發(fā)表在國際權威期刊雜志，還獲得了國家自然科學獎二等獎、上海市自然科學獎一等獎，在國內外產生較大影響。

發(fā)現(xiàn)首個潛在農作物“高溫感受器”

　　《瞭望》：你們的最新一項研究，在國際上成功發(fā)現(xiàn)第一個潛在的農作物“高溫感受器”。該項研究的重要之處在哪里？

　　林鴻宣：我們團隊以解決水稻高溫抗性的問題作為長期的主要研究方向之一。要想挖掘水稻抗高溫基因，首先需要從研究材料入手。

　　非洲稻長期適應高溫環(huán)境，蘊藏著珍貴的抗高溫基因。二十年前，我們就選擇了高溫抗性強的非洲稻作為研究材料，創(chuàng)建遺傳群體材料，采用遺傳學、基因組學等技術方法，對大量的基因型數(shù)據和抗熱表型數(shù)據進行多世代、多年的大規(guī)模分析，終于從非洲稻基因組里的幾萬個基因中，挖掘出抗高溫的關鍵基因，這如同“大海撈針”。

　　接下來，通過分子生物學、細胞生物學、植物生理學等技術方法，對所挖掘到的抗高溫基因開展功能與作用機理研究，闡明水稻抗高溫基因TT1、TT2、TT3調控抗高溫性狀的分子遺傳調控新機制。

　　我們還通過多代回交結合分子標記輔助選擇技術，把這些來自非洲稻的抗高溫基因位點導入到亞洲稻推廣品種中，培育成高溫抗性增強的新品系。在高溫脅迫下的產量，比對照組的產量增加50%以上，可以維持在高溫天氣下水稻產量的穩(wěn)定性。因此，既有理論意義又有應用價值。

　　如果說我們的研究有獨到之處，那首先在于選擇了非洲稻作為研究材料。選對了研究材料，這是研究成功的關鍵第一步；研究開始的時候，做好實驗設計、下功夫和時間把遺傳群體材料創(chuàng)制好，這是研究的基礎。

　　做作物抗高溫研究，工作量大、難度大、周期長，需要有腦力、毅力、耐力，貴在堅持，不斷克服困難，才能最終取得成功。我的學生厲新民博士、闞義博士、張海博士等年輕人，在研究水稻抗高溫工作中表現(xiàn)都非常突出，他們奮戰(zhàn)了7年的時間，終于在水稻抗高溫基因TT1、TT2、TT3的研究中取得了突破性成果。

　　最近，我們成功分離克隆了水稻高溫抗性新基因位點TT3，該成果不僅首次揭示了在一個控制水稻數(shù)量性狀的基因位點（TT3）上，存在由兩個拮抗的基因（TT3.1和TT3.2）組成的遺傳模塊調控水稻高溫抗性的新機制，同時發(fā)現(xiàn)了第一個潛在的作物“高溫感受器”。

　　我們首次發(fā)現(xiàn)TT3.1—TT3.2遺傳模塊，能將植物細胞質膜與葉綠體之間的高溫響應信號聯(lián)系起來，這揭示了嶄新的植物響應極端高溫的分子機制；同時發(fā)現(xiàn)，定位于細胞質膜的TT3.1作為潛在的“高溫感受器”，能感知外界的高溫信號，并將高溫物理信號“解碼”成生物信號，傳遞給葉綠體前體蛋白TT3.2，并通過液泡途徑降解葉綠體前體蛋白TT3.2，從而在高溫下保護葉綠體免受熱傷害，提高水稻的高溫抗性。

目前的研究還只是“冰山一角”

　　《瞭望》：你今后計劃如何進一步開展研究？

　　林鴻宣：民以食為天，食以安為先。

　　目前，我們已成功挖掘克隆了多個水稻基因，并且獲得了專利，育種家可以利用這些基因改良作物的種子。比如，可以借助分子生物技術方法將抗熱新基因TT1、TT2、TT3.1/TT3.2應用于改良水稻、小麥、玉米以及蔬菜等作物的種子，提高作物品種的抗熱性，維持在極端高溫天氣下作物產量的穩(wěn)定性，對于有效應對全球氣候變暖引發(fā)的糧食安全問題具有廣泛的應用前景。

　　經過中外科學家的共同努力，我們已經克隆了一批水稻重要基因。但水稻基因組有幾萬個基因，目前的研究只是“冰山一角”，還有許多重要的基因位點等待我們去挖掘出來。此外，關于作物復雜數(shù)量性狀的調控機制也還了解甚少。

　　今后，我們將繼續(xù)從各種稻種種質資源寶藏中挖掘出更多有利基因位點，深入揭示水稻復雜數(shù)量性狀的調控機制和調控網絡，不斷吸收新技術新方法，加快研究進度，搶占農業(yè)知識產權高地，為作物分子設計育種提供新的基因資源和新知識，為我國種業(yè)振興和保障我國糧食安全作貢獻。

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