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“高产”与“早熟” ， 在传统的农业生产中是一组矛盾的词 。
因为实现高产的前提条件是要有一定的生物量 ， 而一定的生物量 ， 必须要有一定的生长周期 ， 生长周期短 ， 生物量小 。 所以 ， 一般条件下 ， 高产和生育期呈负相关 ， 生育期短、早熟的作物产量低 ， 生育期长的作物产量高 。
【端牢中国饭碗！我国科学家有了重要发现】而2022年7月 ， 中国科学家发表在国际学术期刊《科学》上的研究中发现的水稻高产基因OsDREB1C打破了这个矛盾 ， 那么 ， 基因OsDREB1C为何可以打破农业生产“高产不早熟 ， 早熟不高产”的传统 ， 让水稻实现既高产又早熟呢？
01
水稻产量影响因素
要想揭开基因OsDREB1C让水稻实现高产的秘密 ， 我们不妨先了解水稻产量的影响因素 。
水稻产量的物质来源主要是光合产物 ， 其通过叶片中的叶绿素吸收光能 ， 把二氧化碳和水合成有机物 ， 然后输送给植物的其他部位 。 在植物生长前期的营养生长阶段 ， 光合产物主要是提供植物生长所需要的蛋白质与能量 。 开花以后 ， 植物进入了生殖生长阶段 ， 叶片中合成的光合产物 ， 以及储存在茎秆中的光合产物向籽粒运输 。
所以 ， 产量的形成离不开光合作用合成的有机物 ， 它通过一系列的运输 ， 最后储存在籽粒里面 。
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农作物产量 ， 涉及到这些影响光合产物合成、运输到分配、储存各个环节的各种因素 。 因此 ， 影响到这些过程中的各种因素都可能会让产量发生变化 。 而新发现的水稻高产基因OsDREB1C可以影响光合产物合成等因素 ， 表现为提高光合作用效率和氮素利用效率 ， 显著提高水稻产量 。
02
水稻如何实现高产
对于植物而言 ， 氮是不可缺少的 ， 与光合作用具有密切关系 ， 会影响光合作用的效率 。 同时 ， 氮是构成蛋白质的主要成分 ， 对茎叶的生长等有重要作用 。
如果土壤里面的氮肥不够 ， 或者是植物吸收的氮不够 ， 它的光合作用和各方面的生长就会受到影响 。 而基因OsDREB1C是一个氮高效基因 ， 哪怕土壤里面只有少量的氮 ， 它都能充分利用 。
除此之外 ， 如果氮元素的利用效率不高 ， 大量使用氮肥容易造成浪费 ， 不但增加农民的种植成本 ， 还会造成环境污染 。 育种家致力于在育种上挖掘氮高效基因 ， 实现“减氮不减产” ， 从而为减少农民种植成本 ， 为实现“生态友好型”水稻高产提供保证 。
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03
水稻如何实现早熟
水稻生殖生长期包括孕穗期、抽穗开花期和灌浆结实期 。
抽穗开花期是指稻穗从顶端剑叶茎鞘里抽出到开花齐穗这段时间 ， 一般5-7天 。 水稻开花早晚受负责调节成花素的基因影响 ， 成花素是相当于诱导开花的一种物质 ， 其含量越高 ， 抽穗与开花就越早 。 这次发现的基因OsDREB1C也是调节成花素的基因 ， 能提高成花素的含量 ， 使水稻表现出抽穗提早 ， 生育期缩短 ， 导致早熟 ， 从而打破了“高产”与“早熟”的矛盾 ， 让水稻实现既高产又早熟 。
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04
水稻高产基因为何如此神通广大？
植物的性状是由很多基因相互作用形成的 ， 一个性状就有一个基因阵容 ， 像是一个系统的通路 。
而新发现的水稻高产基因OsDREB1C是一个转录因子 ， 它就像是一个“分子开关” ， 在这个通路的最上面 ， 下面有控制光合作用、氮素吸收利用以及开花等途径的很多基因 ， 这个基因的表达量提高以后 ， 通过基因调控的网络 ， 把下游的光合作用基因、氮吸收高效利用基因以及影响抽穗期的基因都启动了 ， 从而协同调控水稻的光合效率、氮素利用效率以及抽穗期 。
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05
如何推广应用？
高产基因的发现是进行高产育种的前提条件 ， 但基因OsDREB1C最后能不能在高产中应用 ， 还需要克服很多困难 。
育种 ， 首先需要创制亲本材料 。 可以通过杂交的方式 ， 把带有这个基因的水稻作为一个供体 ， 与不同地区的主栽品种进行杂交 。 把OsDREB1C这个基因导入到不同的品种背景中 ， 一方面可以验证它在不同品种背景中的增产效果 ， 另一方面可以创制适应不同生态区的高产的材料 。
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