破解水稻耐高溫“急救密碼”
2026年07月07日 07:34破解水稻耐高溫“急救密碼”
川農大科研團隊聯合攻關保證糧食穩產
四川農業大學試驗田裏的水稻。楊博攝
耐高溫水稻品種。受訪者供圖
如果遇到持續極端高溫天氣，水稻可能麵臨減產……為了應對這種情況，保障糧食安全，如何培育更耐熱、更穩產的水稻品種，已成為農業專家們研究的方向。
7月1日，華西都市報、封麵新聞記者獲悉，四川農業大學水稻研究所欽鵬、李仕貴團隊聯合中國科學技術大學生命科學與醫學部向成斌、孫林峰團隊，在國際學術期刊《自然》發表了研究論文。
該研究揭示了水稻在高溫來襲時快速保護細胞膜穩定性的新機製，並挖掘到一個有助於水稻高溫下穩產的基因，為耐熱水稻育種提供了新的思路和基因資源。
急性高溫來襲水稻開啟“一鍵自救”
每年7月至8月是我國南方水稻抽穗開花和結實形成的關鍵期，同時也是我國高溫天氣的高發期。高溫會導致水稻細胞膜的穩定性受到破壞，一旦超過細胞能承受的範圍，細胞膜就可能變得過度流動，出現離子滲漏、細胞受損，甚至死亡等問題，最終導致水稻植株結實率下降、產量受損。
早在2013年，欽鵬、李仕貴團隊就觀察到該現象，並由此開啟了長達10多年的“抗熱”研究，主攻高溫脅迫下水稻結實率和產量穩定性的遺傳機製。
傳統的科學認知認為，植物遇到高溫後會通過信號傳遞啟動基因表達，重新合成或改造膜脂。但這個過程通常需要較長時間，麵對突如其來的急性高溫，往往還沒等植物適應，細胞膜就已被“熱化”了。
團隊研究發現，水稻的細胞膜上，有一個由OsALA5和OsALIS2因子組成的蛋白複合體，在遇到高溫後，該蛋白複合體會優先將飽和磷脂酰膽堿這一類有助於穩定膜結構的脂質分子，快速翻轉到質膜胞質側，相當於把“加固材料”搬到更需要加固的一側細胞膜層，從而快速穩定細胞膜。這項新發現打破了人們認為植物主要依靠重塑膜脂組成來適應溫度變化的固有認知。
“不隻有重塑，還有重新分布。”欽鵬說，此次新發現表明水稻並不一定在高溫來襲時會馬上重新製造大量新的膜脂，也可以先把已有的穩定性脂質快速調配到最需要的位置。這種“就地加固”的方式，讓細胞膜能在高溫早期迅速獲得保護。
找到“抗熱基因”讓水稻高溫下也能穩產
找到機製隻是第一步，要投入生產，還需要攻克兩道難關。
第一關是看清“細胞膜”。該項研究最難的部分是要獲得足夠純淨的細胞質膜樣品，以便進一步分析質膜兩側脂質分布。為此，團隊花費兩年時間，創新研究技術，運用自由流電泳（FFE）技術分離高純度細胞質膜，建立起高純度、高精度細胞膜兩側的脂質分析新體係，大幅提升細胞膜脂質組分析的精準性、可靠性、可重複性，把細胞膜脂質研究的精度推向了全新高度。
第二關是去大田裏“大浪淘沙”。攻克檢測難關後，團隊還從2236份水稻自然資源中挖掘到OsALA5的一個稀有優異單倍型Hap7。隨後將這個優秀“抗熱基因”導入不耐高溫的水稻品種中，分別於2024年、2025年在成都、重慶、長沙等地進行田間實驗。
結果令人振奮，帶有該基因的水稻品種耐高溫能力明顯提高。尤其在氣溫最高的長沙，其兩年結實率分別提高47.19%和61.59%，顯示出良好的育種利用潛力。
“這些發現為作物耐熱改良提供了新的思路。”欽鵬說，比如可挖掘OsALA5及其在不同作物中同源基因的自然變異用於品種改良，從而保證糧食穩產。
目前，團隊已建立了耐高溫的篩選鑒定平台，重新設計了更精準控製溫度和濕度的溫室。同時根據曆史氣候記錄，選擇在瀘州建立了大田鑒定實驗基地。“隻有把溫室精準控製和大田真實環境結合起來，才能讓研究結果更接近生產實際。”
與此同時，團隊已把目光投向了尋找新的研究範式，更高效地開展研究，力爭發現更多未被廣泛利用的優異耐高溫自然變異，為培育高溫脅迫下穩產的水稻新品種提供更加完整的遺傳資源。