降低化肥使用，提升作物产量，生物技术突破有望推动新一轮绿色革

　　科学家利用动物肥胖基因FTO给植物增肥。图片来源：美国《理性》杂志网站
　　科技日报记者刘霞
　　近年来，一系列农作物生物技术取得突破，这些技术有望提高农作物产量，降低农业对环境的影响，帮助人们应对未来的气候变化，为不断增长的人口提供更好的营养，预示着一场新的绿色革命到来。
　　高产新小麦品种催生第一次绿色革命
　　第一次绿色革命出现于20世纪60年代，随着一系列科学技术进步的出现，粮食产量与日俱增。其中最引人注目的是美国农学家诺曼博洛格成功培育出高产抗病的半矮秆小麦品种，这种小麦使谷物产量增加了一倍多，成为应对世界粮食危机的关键。这项农业技术的推广，被称为绿色革命。
　　随后，其他作物育种家在博洛格的基础上更进一步，提高了其他主要谷物的产量。自1961年以来，全球谷物产量增长了400，而世界人口增长了260。博洛格因其成就于1970年获得诺贝尔和平奖。
　　博洛格历经20年艰巨的杂交工作培育出高产抗病的小麦品种。今天，作物育种家正在现代生物技术工具的加持下，显著提高作物产量、耐受干旱以及对抗病虫害的能力。
　　新技术大幅减少氮肥使用量
　　在第一次绿色革命时期，农作物需要增加化肥施用量才能获得更高的产量。但有些肥料会对生态环境产生不利影响。
　　例如，农作物未吸收的氮和其他肥料流经地表会刺激河流、湖泊和沿海地区中有害藻类的生长。过量的氮肥会被土壤细菌分解，导致大气中二氧化氮的浓度不断上升，二氧化氮导致全球变暖的威力是二氧化碳的300倍。此外，利用大气氮生产工业氨是能源密集型产业，预计到2050年，氮肥的生产将消耗全球能源的2。
　　好消息是，两个现代植物育种团队取得重大突破，将大幅减少农作物生产所需的氮肥量。
　　今年7月，中国研究人员在《科学》杂志报告称，基因OsDREB1C在水稻中犹如一个分子开关，可以显著提高水稻的光合作用和氮素利用效率。进一步的田间试验证明，在水稻品种中增强表达这种基因，可使水稻产量提高30以上，氮素利用效率提高25以上。而且，本次发现的关键基因不只限于水稻内，还广泛存在于玉米、小麦等作物基因组中。
　　氮对植物生长至关重要，但植物不能直接将空气中的氮气转化为它们可以利用的形式。花生和大豆等豆类植物有根瘤，可以利用固氮细菌为植物提供氮肥。水稻和小麦等谷物植物则没有这种能力，必须依靠从土壤中的肥料中吸收无机氮，例如氨和硝酸盐。
　　今年7月，美国加州大学戴维斯分校一组研究人员报告称，他们成功地对水稻品种进行基因编辑，使其根部适合固氮细菌。因此，当在有限的土壤氮条件下生长时，基因编辑品种的水稻产量会比常规品种高20至35。相关研究刊发于《植物生物技术杂志》。
　　研究人员表示，这一发现每年可为美国农民节省数十亿美元的化肥成本，同时也有益于环境。他们相信，这一基因编辑技术可以应用于其他谷物作物。
　　利用动物肥胖基因让植物增肥
　　据美国《理性》杂志报道，来自北京大学、贵州大学以及美国芝加哥大学研究团队利用动物肥胖基因让植物增肥。科学家们将动物肥胖基因FTO转入到水稻细胞中，用它来控制基因表达，以提高农作物产量。具体来说，就是将FTO基因片段搭载于环状DNA，通过根癌农杆菌侵染植物细胞。FTO基因在水稻细胞中表达的蛋白，可以擦除RNA甲基化修饰m6A，并且影响相关RNA功能表达。
　　在实验室条件下，新品种水稻的产量是原来的3倍。田间试验中植株的质量提高了50，产量也提高了50。而且作物的根更长，光合作用更有效，能够更好地抵御干旱的压力。
　　重要的是，这项技术在水稻和马铃薯植株上取得了相似的结果，而这两种作物并不特别密切相关。这表明，这一基因可以在广泛的植物中发挥作用，相关研究刊发于《自然生物技术》杂志。
　　《理性》杂志在报道中指出，这场由新生物技术推动的绿色革命预示着一个未来使用更少的肥料提升农作物产量，最终获得更多粮食，这有助农田恢复，减少水污染及温室气体排放。