近年来，全球气候变暖，如果遇到持续极端高温天气，水稻可能面临产量减少，甚至不结实的后果。为了应对这样的情况，保障粮食安全，如何培育更耐热、更稳产的水稻品种，已成农业专家们研究的方向。
7月1日，封面新闻记者获悉，四川农业大学水稻研究所钦鹏、李仕贵团队联合中国科学技术大学生命科学与医学部向成斌、孙林峰团队，在国际学术期刊《自然》发表了研究论文。
该研究揭示了水稻在高温来袭时快速保护细胞膜稳定性的新机制，并挖掘到一个有助于水稻高温下稳产的基因，为耐热水稻育种提供了新的思路和基因资源。
川农大试验田里的水稻（杨博 摄）
急性高温来袭
水稻开启“一键自救”
每年7月至8月，是我国南方水稻抽穗开花和结实形成的关键期，也可能会撞上盛夏的突发高温天气。高温会导致水稻细胞膜的稳定性受到破坏，一旦超过细胞能够承受的范围，细胞膜就可能变得过度流动，出现离子渗漏、细胞受损，甚至死亡等问题，最终导致水稻植株结实率下降、产量受损。
早在2013年，钦鹏、李仕贵团队观察到该现象，由此开始长达十多年的“抗热”研究，主攻高温胁迫下水稻结实率和产量稳定性的遗传机制。
川农大试验田里的水稻（杨博 摄）
传统的科学认知认为，植物遇到高温后会通过信号传递启动基因表达，重新合成或改造膜脂。但这个过程通常需要较长时间，面对突如其来的急性高温，往往还没等植物适应，细胞膜就已经被“热化”了。
团队研究发现，在水稻的细胞膜上，有一个由OsALA5和OsALIS2组成的蛋白复合体，在遇到高温后会优先将饱和磷脂酰胆碱这一类有助于稳定膜结构的脂质分子快速翻转到质膜胞质侧，相当于把“加固材料”搬到细胞质膜更容易失稳的一侧，从而快速稳定细胞质膜。这项新发现打破了人们认为植物主要依靠重塑膜脂组成来适应温度变化的固有认知。
“不只有重塑，还有重新分布。”钦鹏表示，此次新发现表明水稻并不一定在高温来袭时马上重新制造大量新的膜脂，也可以先把已有的稳定性脂质快速调配到最需要的位置。这种“就地加固”的方式，让细胞膜能够在高温早期迅速获得保护。
论文发表截图
找到“抗热基因”
让水稻高温下也能稳产
找到机制只是第一步，要投入生产，还需要攻克两道难关。
第一关，是看清“细胞膜”。该项研究最难的部分就是要获得足够纯净的细胞质膜样品，以便进一步分析质膜两侧脂质分布。为此，团队花费2年时间创新了研究技术，运用自由流电泳（FFE）技术分离高纯度细胞质膜，建立起高纯度、高精度细胞膜两侧的脂质分析新体系，大幅提升细胞膜脂质组分析的精准性、可靠性、可重复性，把细胞膜脂质研究的精度推向了全新高度。
第二关，是去大田里“大浪淘沙”。攻克检测难关后，团队还从2236份水稻自然资源中挖掘到OsALA5的一个稀有优异单倍型Hap7。随后，将这个优秀“抗热基因”导入不耐高温的水稻品种中，分别于2024年、2025年在成都、重庆、长沙等地进行田间实验。
结果令人振奋，带有该基因的水稻品种耐高温能力明显提高。尤其在气温最高的长沙，其两年结实率分别提高47.19%和61.59%，显示出良好的育种利用潜力。
耐高温水稻品种 受访者供图
“这些发现为作物耐热改良提供了新的思路。”钦鹏表示，比如可挖掘OsALA5及其在不同作物中同源基因的自然变异用于品种改良，从而保证粮食稳产。
目前，团队已经建立了耐高温的筛选鉴定平台，重新设计了更精准控制温度和湿度的温室。同时根据历史气候记录，选择在位于川南的泸州建立了大田鉴定实验基地。“只有把温室精准控制和大田真实环境结合起来，才能让研究结果更接近生产实际。”
团队已经把目光投向了寻找新的研究范式，更高效地开展研究，力争发现更多未被广泛利用的优异耐高温自然变异，为培育高温胁迫下稳产的水稻新品种提供更加完整的遗传资源。
编辑：刘丽媛
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