喷施可穿透细胞膜的海藻糖 - 6 - 磷酸（T6P）前体，为小麦增产带来新希望

当前全球粮食安全面临挑战，小麦产量提升困难。研究人员开展 “膜渗透海藻糖 6 - 磷酸前体喷雾提高小麦产量” 的研究。结果显示，喷施 DMNB - T6P 可显著增产，且不受降雨影响。研究成果发表在《Nature Biotechnology》上，为小麦增产带来了新的希望。

　　

在全球人口持续增长的当下，粮食安全问题愈发严峻。小麦作为世界主要的粮食作物之一，为人类提供了约 20% 的每日卡路里和蛋白质摄入。然而，传统的小麦增产方式面临诸多困境。一方面，自 20 世纪 60 年代绿色革命以来，虽然化肥的使用使作物产量大幅增加，但也带来了一系列环境问题，如肥料制造产生二氧化碳，增加农民和消费者成本，且使用过程中会产生强效温室气体 N₂O 排放，肥料径流还会破坏水源和水生生态系统。另一方面，气候变化导致降雨模式改变，降雨变率增加，在不同的天气条件下，尤其是在降雨不均的情况下提高小麦产量成为了一个亟待解决的难题。同时，由于产量是一个多基因性状，通过分子育种、基因编辑等手段来提高产量，不仅耗时久，而且在某些地区可能不被接受，许多在实验室和控制环境下看似有前景的增产方法，在田间试验中却难以实现增产效果 。因此，寻找一种可持续、高效且能适应不同环境条件的小麦增产技术迫在眉睫。
在这样的背景下，来自罗斯林研究所（Rothamsted Research）、牛津大学等机构的研究人员开展了一项旨在探索新的小麦增产技术的研究。他们发现，海藻糖 - 6 - 磷酸（Trehalose 6 - phosphate，T6P）作为植物体内的一种重要糖类信号和代谢调节物质，能够促进植物生长，但它无法直接引入作物或完全通过基因控制。于是，研究人员将目光聚焦在一种植物可渗透、阳光激活的 T6P 信号前体 ——DMNB - T6P 上，探究其对小麦产量的影响。该研究成果发表在《Nature Biotechnology》上，为小麦增产带来了新的希望。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在化学合成方面，开发了可规模化生产 DMNB - T6P 的新合成路线，使合成从亚克级提升到百克至千克级，满足田间试验需求。田间试验上，在墨西哥和阿根廷的不同环境下设置试验点，种植多种小麦品种，对比喷施 DMNB - T6P 与对照组的差异。同时，利用 RNA 测序（RNA - seq）分析基因表达变化，借助显微镜观察小麦籽粒结构，还通过气体交换测量等手段研究光合作用等生理指标 。
下面来看具体的研究结果：

• DMNB-T6P 合成与田间试验可行性：研究人员成功开发出可规模化生产 DMNB - T6P 的合成方法，新路线能使关键中间体及目标化合物结晶，经独立验证可常规生产超 50 克批次，且纯化后的粉末在暗处室温下至少稳定保存 2 年，为大规模田间试验提供了物质基础。

• DMNB-T6P 显著提高小麦产量：在墨西哥国际玉米和小麦改良中心（CIMMYT）的标准灌溉条件下进行的初步田间试验中，对四个小麦品种喷施不同浓度的 DMNB - T6P，结果显示产量有 9 - 22% 的提升，平均增产 15.3%。随后在阿根廷进行的为期四年的田间试验，涵盖不同降雨条件，对三个主要小麦品种喷施 DMNB - T6P 后，各年份不同剂量处理均有显著增产效果。综合四年数据，10 天灌浆期（DAA）喷施处理的小麦平均增产 10.4%，且在不同基因型小麦中响应一致。即使在 2021 年因新冠疫情导致喷施延迟至 16 DAA 时，产量仍有所增加 。

• 增产效果不受降雨影响：试验期间降雨变化大，2018 年降雨量高于平均水平 40%，2020 年低于平均水平 70%。在不同降雨条件下，DMNB - T6P 均能提高小麦产量，且湿年和干年的平均增产幅度相似（湿年 +12.7%，干年 +9.30%），表明该技术在不同降雨环境下都具有稳定的增产效果。

• 产量增加源于粒数和粒重提升：研究发现，小麦产量增加主要得益于每平方米粒数的增加，尤其在 2018 年表现明显。同时，单个籽粒重量在湿年（2018 年）和干年（2022 年）也对产量提升有贡献。并且，多数情况下，粒数和粒重共同增加，打破了传统育种中粒数和粒重之间的权衡关系。

• 可持续增产且提升氮利用效率：喷施 DMNB - T6P 后，小麦单位肥料施用量的产量增加，且籽粒蛋白质含量基本不变甚至有所增加。这表明在不增加肥料投入的情况下，可实现小麦产量的可持续增长，同时可能提高了氮的吸收和代谢效率。

• 碳 “源” 和 “汇” 增强促进增产：通过对籽粒和旗叶的研究发现，DMNB - T6P 处理后，从蔗糖运输到淀粉合成的相关基因表达上调，包括蔗糖分解、葡萄糖 - 1 - 磷酸转化为 ADP - 葡萄糖等关键步骤的基因。同时，旗叶的 CO₂固定和线性电子流（LEF）增加，表明 DMNB - T6P 增强了碳 “源” 和 “汇”，促进了产量提升 。

• 在其他谷物中也有增产潜力：在控制环境下，对高粱和大麦喷施 DMNB - T6P，结果显示在正常浇水和干旱条件下，两种作物产量均提高了 10.8 - 24.3%，表明该技术在其他重要谷物中也具有广泛的应用潜力。
  在研究结论和讨论部分，该研究成功证明了喷施 DMNB - T6P 能够显著提高小麦产量，这种增产效果在不同的环境条件下，包括不同降雨模式下都能稳定实现。其作用机制主要是通过增强碳 “源” 和 “汇”，促进淀粉合成，同时提高氮的利用效率，实现了可持续增产。此外，DMNB - T6P 在增加产量的同时，还打破了粒数和粒重之间的权衡关系，为小麦育种提供了新的思路。并且，该技术在其他谷物中的增产潜力也为全球粮食增产带来了更广阔的前景。这一研究成果为解决全球粮食安全问题提供了一种新的、可扩展的技术手段，有望在未来农业生产中得到广泛应用，对保障粮食供应和促进农业可持续发展具有重要意义。