一种革命性的提高水稻作物产量的方法

由日本名古屋大学转化生物分子研究所的Toshinori Kinoshita博士和张茂兴博士以及中国南京农业大学江苏省固体有机废物利用协同创新中心朱宜勇博士领导的一组科学家开发了一个该方法通过增加水稻质膜质子泵基因的数量,同时增加了通过根和气孔开口吸收的养分,从而使水田水稻的产量提高了30%以上。

在先前的研究中,该小组发现质膜质子泵在影响气孔打开中起着重要作用。当他们创造出带有特定质膜质子泵基因过表达的水稻变体时,他们发现从根部吸收的养分增加了20%以上,而光合作用的增加了20%以上。在四个生长条件不同的水稻种植场进行的生长试验表明,水稻总产量增加了30%以上。这项研究的成功是一项开创性的成就,它对养分吸收和气孔开放同时产生影响,并且有望在未来看到各种实际用途。

当植物从根部吸收氮,磷和钾等矿质营养素时,它们会同时通过叶片上的气孔吸收二氧化碳,并通过光合作用生长。光合作用不仅使种植植物成为食物,而且使二氧化碳交换和地球环境得到管理。植物中的CO 2吸收仅通过气孔发生,气孔是叶片表面的孔。因此,如果可以使气孔更宽,增加从根部吸收养分并因此提高光合作用的速率,不仅可以加速植物的生长和增加产量,而且可以减少CO 2。水平和肥料的使用。

考虑到这一点,在这项研究中,他们创建了水稻植株的一种变体,其质膜质子泵基因OSA1的表达增加,并对其表型进行了分析。他们发现,与野生菌株相比,质子泵过表达的大米吸收了20%以上的矿物质营养素,并在暴露于光线的情况下打开了超过25%的气孔。在进一步分析中,他们发现在水培实验室的生长中,二氧化碳的储存能力(光合作用的指标)增加了25%以上,干重(生物量)增加了18-33%。

确定了这一点后,研究人员着手寻找是否可以在现实的生长条件下复制结果。他们在两年的时间里对四个单独的水稻农场进行了产量测量,发现带有OSA1基因过表达的水稻的产量比野生菌株高30%以上。更有趣的是,他们发现即使将氮肥水平降低了一半,它的产量仍比野生菌株正常氮水平下的产量高。

这项革命性研究的成功指向了一个未来,其中可以通过使用这些质子泵基因过表达植物来解决食品供应和CO 2超量生产的问题。尽管这些早期模型是通过基因修饰而创建的,但预计未来的世代将不依赖于转基因,而是将使用基因组编辑或化学工程来实现。

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