科技日报记者 陆成宽

　　14日，《细胞》在线发表了一项作物设计育种的重要成果，来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的科研人员，开创了环境智能型高产-稳产作物设计育种新策略。利用该策略培育的新种质，可以通过感应环境变化自动将叶片光合作用产生的营养更多、更精准、更及时地分配到果实、种子中，实现顺境高产、逆境稳产。这是我国在高产稳产作物育种关键核心技术领域取得的一项重大突破。

　　粮食安全事关国运民生，是国家安全的基础。全球气候变化导致农业灾害频发，尤其是高温热浪造成农作物大幅减产，严重威胁粮食安全。“当前，亟需创新育种策略，突破作物单产提升瓶颈，培育顺境高产、逆境稳产的环境智能型作物。”论文通讯作者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员许操告诉记者。

　　源库理论是植物光合作物产物分配和作物产量形成的生理学基础。它是指植物体内光合产物从“源”器官（主要为光合组织，如叶片）向“库”器官（如根、茎、果实、种子等）的运输与分配过程。“我们发现，作物源库关系不畅，会导致叶片产生的光合产物无法有效地转化为可供应果实和种子发育所需的糖分，造成它们‘糖饥饿’而大幅减产且品质低下。比如高温热浪等农业逆境会抑制光合化物从‘源’器官到‘库’器官的分配，造成落花落果或籽粒空瘪。”许操解释。

　　科研人员发现，负责源库关系调控的关键枢纽基因细胞壁蔗糖转化酶CWIN的表达在高温胁迫下被抑制，是造成果实、种子“糖饥饿”的主要原因。

　　为解决这一难题，许操团队创建了环境智能设计育种技术体系，他们通过自主设计的引导基因编辑器将一个热响应元件（HSE）敲入番茄CWIN基因的启动子中，使其获得了感应温度变化自动提高表达的能力，打破了高温对功能的抑制，畅通了源库关系，创制了环境智能型番茄新种质。

　　研究人员在温室、大棚、大田等不同栽培模式条件下的多年多点单产测试发现，正常农业生产条件下，该方法可使番茄产量提高14%—47%；高温逆境下，该方法培育的番茄种质比对照组增产26%—33%，可挽回高温胁迫造成的56%—100%的产量损失，而且改良后的番茄果实均一度、糖度等品质性状在相应条件下显著提高。

　　同时，利用该技术改良的水稻在正常农业生产条件下，产量可提高7%—13%；高温逆境下比对照组增产25%，可挽回高温胁迫造成的41%的稻米产量损失，在主要粮食和蔬菜作物中均实现了顺境高产、逆境稳产。目前，许操团队已将该策略应用于大豆、小麦、玉米等作物，有望快速培育顺境高产、逆境稳产的新种质。

　　同行专家认为，这项研究成果开辟了不同作物通用的环境智能高产稳产设计育种新路径，具有重要的开创意义和广阔的应用前景，为突破作物高产稳产育种瓶颈，应对全球气候变化，保障粮食安全提供了全新育种策略。

　　（中国科学院遗传与发育生物学研究所供图）