探寻让稻谷“青春”久驻的奥秘

谢华安院士（左三）与团队成员观察“福香占”田间长势。

“福香占”绿色栽培集成示范基地，生机盎然。

　　近日，福建省农业科学院水稻研究所张建福研究员和谢华安院士领衔的水稻抗逆分子设计育种团队，在国际植物学权威期刊《综合植物生物学杂志》发表最新研究成果。该研究首次揭示了一条全新的种子耐储性调控通路。

　　稻谷，既是粮食又是种子。随着时间的流逝，它们在储藏过程中，会悄然衰老——作为粮食，不好吃了；作为种子，不好种了。人需要抗衰，稻谷同样如此。作为水稻遗传育种领域的研究热点，提高种子耐储性关系着保障粮食安全、降低农业生产成本等重大课题。

　　过去10多年间，省农业科学院水稻抗逆分子设计育种团队一直奔走在水稻“抗衰”的漫漫征程上。他们已相继挖掘出多个调控稻谷耐储性的关键基因，解析了相关分子机制，为水稻等作物耐储性分子设计育种提供了重要理论依据和基因资源。

寻找“抗衰达人”

　　4月将至，全省各大粮食储备库陆续迎来轮换期——陈粮出仓，新粮补位。

　　从新粮变陈粮，稻谷究竟经历了什么？衡量稻谷新不新鲜，脂肪酸含量是一个重要指标。稻谷陈化过程中，胚中的脂肪逐渐分解，产生游离脂肪酸。随着脂肪酸不断累积，稻米色香味均遭受重创。除此之外，稻谷作为种子在储藏过程中，活力也会逐渐减弱，导致发芽率降低，最终影响粮食产量。事实上，全球每年因为种子劣变造成的经济损失，难以估量。

　　正因如此，无论是粮食储备库还是种子储备库，均配备了现代化温湿度控制系统，为的就是尽量延缓稻谷陈化进程。即便如此，在福建这样高温高湿的省份，粮食储备库中的稻谷轮换周期也不宜超过3年。

　　人类抗衰，不仅需要外养还需要内调。稻谷也一样，如果本身耐储藏，就能从根本上减少老化带来的损失。幸运的是，自然界中确实有这样的天赋选手。它们天生具有卓越的耐储藏性，擅长与时间为敌。如果能够破解“不老”秘籍，不就能够推而广之，选育出更多“青春久驻”的水稻品种吗？

　　福建省农业科学院水稻抗逆分子设计育种团队做的就是这样的事。

　　“稻谷耐储藏研究，周期长、时间久、机制复杂，是作物遗传育种领域公认的‘硬骨头’。”10多年前，福建省农业科学院水稻研究所的实验室里，一场关于研究方向的讨论正在进行，谢华安语气坚定，“我们要啃这块‘硬骨头’，但要有策略。”

　　他们选择的策略是：从最基础的材料收集和创制出发，先把资源握在手里，再一步步解开背后的遗传机理。掌舵定向后，团队开启了漫长的科研攻关之路。

　　“要破解稻谷耐储性密码，必须先有好材料。”张建福说，研究团队奔赴天南海北，广泛收集了成千上万份水稻种质资源，通过日复一日、年复一年的筛选、鉴定、评价，终于挖掘出了“粤晶丝苗”等一批“抗衰达人”。利用这些种质资源，他们创制了一系列耐储藏材料，成功选育出了耐储藏优质稻新品种“福香占”。

　　作为近年来福建水稻界的明星单品，“福香占”可谓“六边形战士”，高产、抗病、有香味、再生力强等能力自不必说，关键是耐储性无出其右。相关试验表明，它在人工老化35天条件下，发芽率达到74.33%；人工老化42天条件下，发芽率仍高达61.67%。抛开抽象的实验数据，时间是最好的证明——“福香占”进入粮仓二至三年内，即便不采取任何物理措施进行干涉，其品质变化也相当有限。

　　对于育种团队来说，成就感不仅源自育成了一个好品种，更在于找到了一把“金钥匙”。用张建福的话说，就是要搞清楚它“为什么好”，把背后的基因挖掘出来，把机制梳理清楚，“让一个品种造福整个水稻产业”。

解锁“抗衰”秘籍

　　一场围绕“福香占”“抗衰”秘籍的探索就此展开。

　　在张建福研究员、蔡秋华副研究员牵头下，研究团队成立了耐储藏研究小组。小组成员每个人都有自己的“战场”：负责人魏毅东带领团队制定研究方案，统筹协调；骨干成员吴方喜、王颖姮、朱永生、何炜扎根田间，负责材料的精准鉴定和群体构建；博士生廖素凤扎进实验室，将田间材料的表型数据与分子机制衔接起来，夜以继日地开展基因克隆、互作验证。

　　从田间到实验室，从表型到基因型，从基因克隆到机制解析……历经近十年的攻坚，一个个与耐储性相关的关键基因逐渐揭开面纱，一条条调控耐储性的分子网络逐渐浮出水面。此次在《综合植物生物学杂志》发表的最新研究成果，则发现了守护稻谷活力的一员干将——从“福香占”克隆出的OsCPN10a基因。

　　“为探究OsCPN10a对种子耐储性的调控作用，团队构建了OsCPN10a过表达与基因编辑敲除OsCPN10a的水稻株系材料，开展人工加速老化处理研究。”论文第一作者廖素凤说，“老化处理14天和21天后，前者种子发芽率高于对照材料，后者种子发芽率则显著降低，这表明OsCPN10a基因正调控种子耐储性。”

　　那么，这个过程是如何发生的呢？进一步研究表明，OsCPN10a基因能够编码产生一种分子伴侣蛋白，并通过双重机制提升稻谷耐储性。

　　第一重机制与ABA信号通路有关。现有研究表明，ABA信号通路是一条与种子衰老有关的信号传导系统——植物体内的激素通过激活复杂的连锁反应，打开一系列加速衰老的基因“开关”。感知到这一信号后，OsCPN10a蛋白开始拉帮结派，与另外两种蛋白OsCPN20、OsHSP60-3B组装成三元复合体，如同半路杀出个程咬金，精准狙击ABA信号传导，从而延缓稻谷衰老进程。

　　第二重机制则是通过维持淀粉颗粒结构完整性，延缓贮藏物质降解。研究团队发现，OsCPN10a功能缺失会导致淀粉颗粒结构紊乱、表面凹陷和裂隙增多，同时伴随活性氧过度积累；相反，过表达OsCPN10a则能有效维持淀粉颗粒的完整致密结构，显著增强抗氧化系统活性。

　　“简单来说，OsCPN10a基因就像一位尽职尽责的‘仓库管理员’，既负责调控仓库内部的信号指令，又确保粮食颗粒本身完好无损。”论文共同第一作者魏毅东说，这种从生理代谢到细胞结构的双重守护，正是OsCPN10a能够延缓种子衰老、维持贮藏品质的关键所在。“该研究首次在分子生物学层面建立了蛋白质稳态与种子激素敏感性之间的直接机制联系，突破了传统种子耐储性研究仅关注单一生理或生化层面的局限，为种子耐储性研究提供了全新的视角。”

从一个品种到一个产业

　　以一个关键品种为起点，解锁稻谷的青春密码。

　　首次发现异构天冬氨酸甲基转移酶OsPIMT1、转录因子OsbZIP05和OsbZIP62与种子储藏性相关；明确了脂肪酸代谢影响稻谷的储藏性；发现OsNAT9基因通过维持细胞内外的抗坏血酸稳态，提高水稻种子活力……过去十年间，这些成果犹如一张张拼图，层层拼接，步步推进，慢慢展现出与稻谷耐储性有关的神奇世界。

　　“这些研究的价值，不仅仅在于发现一个新基因，破解一个新机制。”张建福认为，更重要的是，从“福香占”这个优质品种出发，深挖其背后的科学内涵，最终为整个水稻产业的耐储性改良提供了理论依据和基因资源。“未来可通过基因编辑、分子标记辅助选择等现代技术，定向培育耐储性显著增强的水稻新品种，有效延长种子贮藏寿命，降低种业流通损耗，提升我国种业核心竞争力。”

　　事实上，作为耐储藏水稻品种中的扛把子，“福香占”不仅在科研领域闪闪发光，在生产上也大放异彩。

　　春耕时节，位于龙岩市新罗区雁石镇厦中村的“福香占”绿色栽培集成示范基地，种植户正抢抓农时，开展工厂化育秧。自2022年引种“福香占”以来，该品种已成为当地粮食增产增收法宝。去年，厦中村发展“福香占”560亩，亩产554公斤，稻谷收购价4.1元/公斤，大米销售价10元/公斤，均高于常规品种。

　　“‘福香占’实现了耐储藏、抗病、优质和香味等重要性状基因的精准聚合，主要品质指标达部颁优质稻品种品质一等标准，荣获第三届全国优质稻品种食味品质鉴评金奖。”张建福说，在品种推广过程中，福建省农业科学院水稻研究所通过“水稻新品种+绿色高产栽培技术+转化+品牌”模式，在福建、江西、安徽等省份开展示范和应用，取得显著经济效益。截至2025年，“福香占”已在闽赣皖示范推广53.88万亩，创立了“枫溪香米”“九牧贡米”等多个高档优质香米品牌，累计新增社会经济效益3.13亿元。（记者 张辉 通讯员 胡海明 文/图）