夏天太熱，水稻中暑怎么辦？我國科學家發現水稻自帶的“空調開關”！

炎炎夏日

我們躲在空調房里圖個涼快

但你有沒有想過

在田地里暴曬的水稻該怎么辦？

圖片來源：央視農業

不過別擔心

華中農業大學的科學家們帶來了一個好消息：

他們找到了水稻對抗高溫的秘密武器——

一個名叫 QT12 的神奇基因！

1水稻中的“空調開關”——QT12基因

高溫可是水稻的“一生之敵”。

在幼穗分化期，超過35℃的持續高溫會導致水稻減產約30%，抽穗期遭遇高溫會減產50%，揚花期的高溫更會讓水稻“花而不實”，斷子絕孫，灌漿期高溫熱害的催熟效果，還會讓水稻變得干癟，品質下降。

此外，全球變暖帶來的極端高溫，更讓水稻“嚴重中暑”，據統計，全球平均氣溫每升高1℃，將直接導致水稻產量減少6.6%–25%，不僅產量下降，連米飯的口感都變差了。這可是關系到我們每個人飯碗的大事！

然而在過去，科學家們很難找到既能讓水稻在高溫下保住產量，又能保住品質的基因。

經過十多年的不懈努力，華中農業大學研究團隊，找到了水稻體內一個神奇的“基因開關”，它的名字叫 QT12。

就像我們打開空調開關可以調節室內溫度一樣，QT12如同水稻對抗高溫的“秘密武器”，它不僅能調節水稻耐高溫機制，還能同時保證產出的米粒晶瑩剔透，口感香甜，完美解決了“高產”和“優質”難以兼得的老大難問題。

2“雙重保險鎖”如何工作？

這個“基因開關”是如何運作的呢？

研究團隊發現了一個非常精妙的“雙重保險鎖”機制。

第一把鎖（基因鎖）： 在不耐熱的水稻中，QT12基因上有一個特殊的“位點”，像一把未打開的鎖。當高溫來襲，一種叫“NF-Y”的蛋白質就會跑過來“開鎖”，讓水稻仿佛“應激”一般，在合成營養物質的時候發生錯誤，各種營養物質配比失衡，導致米質變差，產量降低。

第二把鎖（溫度鎖）： 這把鎖本來是鎖著的。但高溫天氣就像一把“鑰匙”，它會激活NF-Y蛋白，讓它去打開第一把鎖。

NF-Ys-QT12分子模塊調控水稻品質耐熱性的工作機制（李威 供圖）（圖片來源：cell）

對于不耐熱的水稻，高溫一來，兩把鎖“咔噠”一聲全打開了，水稻的“警報系統”被過度激活，蛋白質和淀粉合成比例失調，生產出來的米自然又少又難吃。

這個“雙重保險鎖”系統，巧妙地揭示了水稻如何智慧地應對高溫脅迫。但這對于人類來說，卻是個不折不扣的缺點。

然而，在有些天生耐熱的優質水稻中，第一把鎖（基因鎖）本身就是“壞”的！它的結構發生了微小變化，導致NF-Y蛋白根本無法識別和打開它。這樣一來，無論高溫怎么“催促”，這套“警報系統”始終處于關閉狀態。水稻就能在高溫下保持“淡定”，穩穩地合成淀粉和蛋白質，最終實現優質又高產。而這種壞掉的基因鎖，正是科學家們所尋找的：把這種鎖換到那些不耐熱的高產優良品種中，不就能培育出耐熱又優質高產的水稻品種了嗎？

3從實驗室到餐桌：“耐熱稻”威力有多大？

理論再好，也要看實際效果。

研究團隊利用現代基因編輯技術，將一些主流水稻品種的QT12基因“鎖住”，然后把它們種在武漢、杭州、長沙等夏季酷熱的地區進行試驗。

結果令人十分驚喜：在極端高溫下，改造后的耐熱稻和普通水稻相比：小區試驗產量分別提升了 92.5%、64.1%和54.7%！米粒的堊白（米粒中白色不透明的部分）也大大減少，外觀更晶瑩，煮出來的米飯也更好吃。

正常大米和堊白粒對比圖

研究人員還將這個優秀的基因導入了著名雜交稻品種“華占”中，改良后的品種在高溫下產量大幅提升，米質也變得更優良。這無疑是打破了“逆境下，高產不優質”的魔咒！

低表達QT12協同提高籽粒品質和產量耐熱性（李威 供圖）（圖片來源：cell）

4未來展望：為全球飯碗保駕護航

這項發表在國際頂尖期刊《細胞》（Cell）上的研究，不僅僅是一項科學突破。

它為我們培育“綠色營養超級稻”提供了強大的基因武器，也為保障中國乃至全球的糧食安全提供了一個全新的、綠色的解決方案。

你知道嗎？

秈稻 vs. 粳稻

秈稻（如泰國香米）：耐熱性強，適合南方高溫地區，灌漿持續時間較短（20~30天）淀粉合成速率快，直鏈淀粉大量合成，蛋白質含量略高（7%~9%），米粒硬度大，咀嚼感強。煮出的米飯質地松散不黏秈米適合炒飯、咖喱。

粳稻（如東北大米）：耐寒性好，適合北方溫帶氣候，灌漿持續時間較長（30~40天），淀粉合成速率緩慢，支鏈淀粉逐步累積，蛋白質較低（6~7%），口感更綿軟。煮出的米飯黏性強適合制作壽司、粥。而且粳稻胚乳中脂類含量稍高，賦予米飯光澤和香氣（如日本越光米的“油性”口感）。

有了水稻耐熱“基因開關”這項技術，今后也許有望將北方好吃但不抗熱的粳米在南方種植，讓更多人吃到香糯的東北大米。

作者：肖云格

審核專家：史軍 中國科學院植物學博士，正高級研究館員

本文在科普新媒體平臺“蝌蚪五線譜”刊發，經授權發布