作物如何抗旱？育种家正绞尽脑汁

干旱缺水是一个世界性农业问题，降水量不足或降水模式的改变会造成植物生理性脱水，导致植物光合作用减弱，而呼吸作用增强，最终抑制植物生长，是限制作物产量的重要影响因素。


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在非洲，干旱会导致玉米高达25%的减产。在中国，干旱已经严重制约农业可持续发展 。干旱和半干旱地区约占中国国土面积的1/2以上，每年约有4700万公顷农田遭受旱灾威胁。

怎么办？主要思路有两种，一方面，现代灌溉技术可以增加水分利用效率；另一方面就是作物改良，选育抗旱作物品种。对于作物改良，目前科学家的算盘中已经有了常规育种、标记辅助育种以及转基因育种等多个选项。这三者，一个都不能少。

抗旱离不开传统育种

传统育种是基于自然发生的基因变异，育种家通过经验观察来筛选目标性状。来自墨西哥的国际玉米和小麦改良中心(CIMMYT)正在收集具有抗旱品性的玉米品种，研究人员希望通过杂交能够筛选出最耐旱的品种。



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这是一个艰苦且昂贵的过程，困难重重。尤其是，在缺水时，雌蕊出现较晚。如果推迟的时间足够长，雌蕊会在植物雄蕊已经散播完花粉后才出现，这会导致无法受精。科学家希望得到花粉释放和雌蕊出现间隔较短的植株，这样就能够产生更抗干旱的玉米。

此外，常规育种周期长、花费高以及结果难以预期。科学家才不会一棵树上吊死。


分子育种是抗旱神器

分子标记辅助育种技术是一种现代分子育种方法。借助与抗旱基因紧密连锁的分子标记，可以直接选择多个抗旱基因，进行多基因聚合育种。这样可以将供体中有用基因转移或者渗入到抗旱性较弱的受体中，而那些不良、有害的基因不会被转移出来。

然而，作物抗旱性是由多基因控制的复杂性状，科学家考虑，通过提高一个对抗旱性起重要作用的调控因子的表达，可以增强多个抗旱相关功能基因的表达，这就可以有效提高植物的抗旱性。


*图片来源：孟山都公司

更直接、更有效的方法是转移抗旱基因到作物中去。与传统育种方法相比，转基因技术可以通过基因工程精确地去掉某个不良基因，或者将特定的优良性状基因转移到受体中去，是一种精确高效的育种手段。对于抗旱育种，转基因技术可以打破物种界限，克服生殖障碍，把抗旱相关重要基因转移到目标受体中。


*图片来源：孟山都公司

在非洲，坦桑尼亚已经在测试抗旱转基因玉米。这是非洲节水玉米项目（Water Efficient Maize for Africa ，WEMA）研发的，并且将以与传统育种一样的价格出售给农民。

这是一种抗旱且抗虫的转基因玉米，抗旱基因和抗虫基因的知识产权来自孟山都公司，但该玉米品种产权由内罗毕的非洲农业技术基金会与国家研发机构拥有。


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与玉米相比，小麦的抗旱转基因育种仍然有很大的差距。中国农业科学院作物科学研究所研究人员以中国抗旱小麦农家种“小白麦”以及耐盐大豆品种铁丰8号为材料，获得了2个具有重要利用价值的抗旱关键调控基因。这个抗旱节水转基因小麦新品种水分利用效率提高15%以上，产量可提高10%以上。


参考文献：
【1】敖特根白音，杨学举，张树华，赵勇，鞠晓影，郎明林，2017，小麦抗旱基因工程研究进展，基因组学与应用生物学，36(2):826-833
【2】王尊欣，张树珍，2014，作物抗旱性及抗旱育种研究进展，作物杂志，2014（2）
【3】《自然》：杂交育种有时更有效，http://www.agrogene.cn/info-1796.shtml
【4】我科学家培育出抗旱转基因小麦，http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2014-07/04/content_267923.htm?div=-1
Drought-tolerant maize shows promise in Tanzania，http://allianceforscience.cornell.edu/blog/drought-tolerant-maize-shows-promise-tanzania

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