生物技術(shù)助推灘涂鹽堿地變成綠色糧倉(cāng)寶地

土壤鹽漬化是影響作物品種的推廣以及產(chǎn)量和品質(zhì)的主要限制因素。全球超過(guò)20%（10 億公頃）的鹽漬化土壤。我國(guó)耕地鹽漬化已達(dá)1 億公頃，且灌溉和施肥不當(dāng)造成現(xiàn)有耕地日趨鹽漬化，此外，還有1億公頃的內(nèi)陸鹽堿地和3500萬(wàn)畝的沿海灘涂，灘涂鹽堿區(qū)糧食產(chǎn)量?jī)H為中高產(chǎn)地的25%~40%。鹽漬化嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)，如果鹽堿地實(shí)現(xiàn)畝產(chǎn)200-300公斤，我國(guó)可增產(chǎn)糧食500億公斤，多養(yǎng)活約2億人。因此，利用生物技術(shù)培育適宜鹽堿地種植的作物品種或提高作物對(duì)耐鹽堿性，是開(kāi)發(fā)沿海灘涂和鹽堿地變成耕地的有效策略，對(duì)保障國(guó)家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

近年來(lái)風(fēng)靡全球的基因組編輯技術(shù)通過(guò)對(duì)目標(biāo)性狀基因進(jìn)行修飾，能大幅度提高目標(biāo)性狀聚合的精準(zhǔn)度和加快聚合育種進(jìn)程，在作物遺傳改良和品種培育中具有重大應(yīng)用前景。高粱是鹽堿耐受性較好的作物，中國(guó)科學(xué)院謝旗研究員等從高粱中挖掘出一個(gè)調(diào)控耐堿的主效基因AT1。AT1基因編輯的高粱的耐鹽堿性明顯增強(qiáng)，在寧夏地區(qū)鹽堿地的籽粒增產(chǎn)超20%，青貯用高粱的生物量增加超30%。水稻是鹽敏感作物，利用自然突變的AT1/GS3基因培育出“鴻香稻93”和“中科發(fā)5號(hào)”等水稻品種，在東北地區(qū)田間表現(xiàn)出比其他主栽品種更好的鹽堿耐受性和產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。在吉林省高堿性的鹽堿地上，AT1基因編輯的水稻、谷子和玉米增產(chǎn)在22%以上。此外，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)郭振飛教授等通過(guò)基因編輯MtZPT2-2能有效提高苜蓿耐鹽性，為苜蓿的耐鹽性改良提供了新思路。隨著植物功能基因組學(xué)、合成生物學(xué)和基因編輯技術(shù)的不斷發(fā)展和深度融合，分子智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)將為農(nóng)作物耐鹽堿性遺傳改良與育種提供前所未有的新機(jī)遇，為應(yīng)對(duì)全球糧食生產(chǎn)和人類健康安全等重大戰(zhàn)略需求做出貢獻(xiàn)。

土壤有益根際微生物通過(guò)協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，在調(diào)節(jié)植物根際環(huán)境、抗逆性、生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)等方面具有重要作用。利用微生物技術(shù)開(kāi)發(fā)鹽堿地專用微生物肥料是提高鹽堿耕地作物產(chǎn)量的環(huán)境友好策略。北方民族大學(xué)楊國(guó)平教授等分離篩選出一些優(yōu)良菌株并開(kāi)發(fā)成微生物有機(jī)肥料，能顯著提高作物的抗鹽堿性。在寧夏鹽堿化嚴(yán)重的土壤，微生物有機(jī)肥料的施用能在玉米根際形成優(yōu)勢(shì)菌群，突破了鹽堿地里種植作物很難出苗的瓶頸，讓玉米在鹽堿地里正常生長(zhǎng)，出苗率達(dá)到85%。玉米抗鹽堿微生物肥料，具有低成本、簡(jiǎn)易有效、持久改善鹽堿地土壤結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，施用3年后，有益微生物菌群能在鹽堿地定殖。目前該產(chǎn)品已在新疆、內(nèi)蒙古等地示范推廣。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院張瑞福研究員等開(kāi)發(fā)了多種鹽堿地專用的微生物肥料，在山渤海糧倉(cāng)基地的不同鹽濃度下，微生物肥料能使種植小麥和玉米增產(chǎn)達(dá)17-27%。此外，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)高崢教授等利用鹽生植物堿蓬根際土中分離的優(yōu)良菌株改良土壤的理化特性和細(xì)菌群落，進(jìn)而促進(jìn)鹽脅迫下玉米的根系發(fā)育、幼苗長(zhǎng)勢(shì)和光合性能。這些研究成果將鹽堿地治理技術(shù)與微生物技術(shù)高度融合，建立的耐鹽微生物、土壤和植物之間的互作關(guān)系，為開(kāi)發(fā)沿海灘涂和鹽堿地變成耕地提供新策略，有助于突破我國(guó)18億畝耕地資源的約束和保障國(guó)家糧食安全，開(kāi)啟了鹽堿地利用的新紀(jì)元。