模拟高温的田间试验显示耐热水稻结实率和米质大幅上升
今夏连续高温，水稻热得在田里打蔫儿，极端情况下甚至会十粒九空。在上海松江，有一片“不怕热”的稻田在经历罕见连续高温后，依然保持稳产，且米质基本不变。12月3日凌晨，国际顶尖学术期刊《细胞》发表的一篇论文，揭示了这片稻田“耐热解暑”的秘密，这将为应对全球变暖导致的粮食减产提供新的解决方案。
高温会损害作物花粉活力、阻碍授粉与灌浆过程，明显降低作物产量和品质，严重时水稻结实率可低至10%，亩产几乎腰斩。频繁、持续的高温已成为当下最严峻、最直接的粮食安全挑战之一。数据显示，年平均温度每升高1℃，将会使水稻减产约3%—8%。
研究团队位于上海松江的水稻试验田
怎样让水稻遭遇极端高温也能稳定产量？早在二十多年前，中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣研究员就不断在基因和分子世界中，探索水稻如何抵抗高温。经过多年努力，他的团队在五年前成功鉴定到水稻中两个关键调控因子DGK7和MdPDE1，通过与上海交通大学林尤舜研究员、广州国家实验室李亦学研究员合作，共同发现了水稻体内的一套精密协作的高温“警报系统”。
TT2-DGK7-MdPDE1热信号传递网络
DGK7如同一个安装在植物细胞膜上的温度计，当它感受到高温来袭时，就会将高温物理信号转化为细胞能够理解的“生物指令”，传递给细胞核上的MdPDE1，再由MdPDE1通知细胞核调动力量，大量生产热激蛋白、活性氧清除酶等“抗热武器”，使细胞从常态转入“高温应急状态”。
不过，在长期进化中，水稻还会通过另外一些机制给“高温警报”“抗热武器”踩刹车，以防过度消耗能量，影响其正常生长。为了释放水稻的耐热潜能，研究团队通过遗传设计，对水稻进行基因改良，一方面增强“警报”，促使细胞生产更多“抗热武器”，另一方面减少“刹车”作用。
论文共同第一作者之一、该中心博士阚义介绍，他们在夏季大棚温室中模拟最高46.95℃、连续31天超过38℃的极端高温环境，“结果显示，DGK7改良后的水稻株系产量仅损失25%，较对照组高出50%”。如果将该基因与他们之前发现的耐热基因TT2同时改良，则水稻产量损失不足10%，且稻米口感也几乎不受影响。
DGK7和MdPDE1高温下保护水稻产量
“这一发现使我们未来可以象调节音量一样，精准设计出‘梯度耐热’水稻品种，以适应不同地区的气候条件。”林鸿宣提到，根据该机制设计的耐热水稻，并非只能在高温胁迫下表现良好，在正常气温条件下也一样产量稳定。
同时，研究团队还发现，这套耐热机制在小麦、玉米等主粮作物中也同样适用，因此未来有望藉此提升更多作物的耐热本领。
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