以作物矮化育種為標志的“綠色革命”使世界作物產量大幅度提高。但矮稈品種一般存在氮肥利用效率降低的缺點，其產量對化肥投入的依賴性很高。過高的氮肥投入不僅增加種植成本，還會造成環(huán)境污染。如何突破作物高產和氮高效協(xié)同改良的育種瓶頸，實現(xiàn)在減少氮肥投入的前提下提高作物產量，已成為當前農業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重大問題。 全面解析植物如何吸收利用氮素營養(yǎng)并調節(jié)營養(yǎng)代謝和生長發(fā)育之間平衡的分子機制和調控網絡，有望為實現(xiàn)作物品種高產和氮高效協(xié)同改良提供重要解決方案與策略。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所傅向東研究組長期致力于水稻產量和氮肥利用效率的功能基因組研究。2022年5月24日，傅向東研究員應邀在國際重要綜述期刊Annual Review of Plant Biology撰寫了題為Improving Crop Nitrogen Use Efficiency Toward Sustainable Green Revolution的綜述文章。 文章全面回顧了綠色革命的演化進程，剖析了綠色革命品種產量提升和氮肥利用效率下降的分子基礎，并著重指出了赤霉素信號途徑的阻遏蛋白DELLA在平衡植物生長和碳氮代謝中的重要作用；對植物如何吸收、同化并利用硝態(tài)氮和銨態(tài)氮以及植物對氮素信號的感知和響應等最新研究進展進行了系統(tǒng)總結；提出了將植物生長發(fā)育、氮素代謝和光合作用作為統(tǒng)一整體來研究氮肥利用效率的新思路，著重介紹了利用該方法可實現(xiàn)作物產量和氮肥利用效率協(xié)同提高的重要研究成果；并提出了水稻、小麥“少投入、多產出”新一代“綠色革命”株型設計模型，進而實現(xiàn)作物高產和氮高效協(xié)同改良的新育種策略。 
圖1 實現(xiàn)作物高產和氮高效協(xié)同改良的新“綠色革命”育種策略
中科院遺傳發(fā)育所副研究員劉倩（第九批會員）為該論文第一作者，傅向東研究員為通訊作者。本項工作得到國家自然科學基金委、中科院青年創(chuàng)新促進會和前沿科學重點研究項目的資助。 論文鏈接https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-arplant-070121-015752
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