傳統栽培稻作為一年生作物,農民每年都要經歷播種、插秧、收割的繁重勞作。這種種植模式不僅耗費大量人力,在南方梯田、坡地等特殊地形還容易造成水土流失。如今,上海科研團隊通過基因技術讓水稻突破"一年生"的生物學限制,成功培育出能連續多年結果的多年生水稻品種,這項突破性成果登上國際頂級學術期刊《科學》封面。
中國科學院分子植物卓越中心的研究團隊發現,野生水稻原本具備多年生特性,其分蘗節腋芽能在開花后重新進入營養生長階段。但經過數千年馴化,栽培稻逐漸喪失了這種能力。研究團隊通過對比分析,鎖定兩個串聯排列的小RNA基因——MIR156B和MIR156C,這兩個基因如同植物年齡的"開關控制器",隨著植物生長其表達量逐漸降低,促使植物從營養生長轉向生殖生長。
科研人員創造性地將野生稻的匍匐生長基因與"年齡開關"基因進行聚合改良。在海南的田間試驗中,新培育的水稻品種不僅呈現出匍匐生長的野生特性,更在兩年內連續完成三次生長周期,每次都能正常結出稻穗。這種水稻的根系比傳統品種深入土壤30%以上,有效增強了水土保持能力,同時將更多碳元素固定在土壤中。
在人工氣候室內,研究人員展示了從海南移栽的試驗植株。這些水稻完全貼地生長,稻穗僅略微上揚,與傳統直立生長的栽培稻形成鮮明對比。其中一株試驗苗已持續生長兩年,期間經歷多次收割仍保持旺盛生命力。科研人員正通過雜交技術進一步提升其產量,目前單株已能同時抽出多支稻穗。
這項突破帶來的農業變革潛力巨大。在南方山區,多年生水稻可減少80%的翻耕作業,每畝每年節省人工成本約500元。更關鍵的是,連續生長模式使水稻根系持續發育,在坡地種植時能有效攔截雨水沖刷,試驗數據顯示水土流失量降低65%以上。研究團隊設想,未來稻田可能演變為"智能果園",配套農業機器人可直接采摘成熟稻穗。
該研究歷時八年完成,期間得到多個科研團隊的協同支持。分子植物卓越中心通過構建跨學科合作平臺,整合了基因編輯、結構生物學、植物生理等多個領域的研究力量。當研究團隊需要解析特定蛋白結構時,結構生物學專家團隊僅用兩周就完成技術攻關;需要野生稻材料時,相關院士立即開放了自己的種質資源庫。這種高效協作模式使中心近兩年在國際頂級期刊發表論文數量增長近一倍。
目前,科研團隊正在建立多年生水稻的配套栽培技術體系,重點解決越冬管理和病蟲害防控問題。初步測算顯示,雖然多年生水稻當前單產比傳統品種低15%-20%,但綜合考慮節省的農資、人工成本以及生態效益,其綜合收益可提升30%以上。這項技術若能大面積推廣,將為我國糧食安全提供新的保障路徑。











