你能想象吗？作物产量也有“木桶短板”！大家都知道，一只木桶能盛多少水，取决于最短那块木板；作物能长多好，也可能受制于供给最不足的那种养分。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心、上海张江智种中心晁代印研究团队联合华中农业大学严建兵教授团队，首次鉴定出控制禾本科作物籽粒镍积累的关键转运蛋白ZmNAET1，揭开了玉米中镍运输的长期谜团，并展现了镍对作物产量和种子萌发的重要影响。

相关成果于北京时间今天（11日）在线发表于国际顶尖学术期刊《细胞》（Cell）。

NA介导镍源库长距离运输调控玉米产量与种子活力模式图

1840年，植物营养学奠基人李比希提出作物产量的“最小养分律”，即作物生长取决于供给最不足的那种养分。“作物产量不仅由氮、磷、钾等大量元素决定，微量元素也可能成为限制产量的‘短板’。”晁代印研究员指出。1975年，镍被发现在植物中具有生理功能，然而它的运输机制以及对作物的影响，一直是植物微量元素营养领域的谜团之一。

研究团队注意到，玉米要把镍从茎节送进籽粒和生长点，需要一套精巧的运输系统，而ZmNAET1就像这套运输系统中的一个关键“出口”，负责把植物体内一种叫烟胺的小分子送到细胞外；烟胺再像“小夹子”一样抓住镍，通过后续运输蛋白把镍送进通往籽粒的管道。在生长点和籽粒中，镍成为作物利用尿素的关键“零件”。镍不够，尿素不能正常代谢，后续氨基酸、蛋白质形成就会受影响，从而影响玉米生长和种子萌发。

研究团队从1404份玉米材料入手，比较不同玉米的基因差异和籽粒镍含量，找到了这个关键基因。当这个基因功能受损时，玉米籽粒镍含量会大幅下降，穗重、籽粒大小、淀粉含量和储藏后发芽率也随之下降。储藏一段时间后，突变体种子发芽率明显降低，补充镍可以恢复发芽，补锌则无效。田间叶面喷施镍，也能恢复因该基因功能受损而降低的株高和脲酶活性。

值得一提的是，研究团队还在水稻中找到了两个同类基因，说明这一机制在玉米、水稻等禾本科作物中具有普遍意义。

“这也意味着，对一些本身籽粒镍含量偏低的玉米品种，或在碱性土壤等容易缺镍的环境中种植的玉米，如果出现产量下降、种子发芽率低或萌发不齐等问题，有可能通过补镍来解决。育种上也可以利用这个基因的天然差异，筛选镍运输效率更高的材料。”晁代印表示。

晁代印研究团队

新民晚报记者了解到，长期以来，学界普遍认为禾本科植物镍需求低、镍缺乏罕见。这项研究首次提供了镍作为必需元素的遗传学证据，鉴定出禾本科植物控制镍长距离运输的基因，阐明NA独立于已知麦根酸途径介导镍向库器官分配的新功能，也让“禾本科植物镍需求低、镍缺乏罕见”的传统认识需要更新。它不仅填补了教科书关于镍运输机制的空白，同时也为通过营养调控和分子育种等方式提升禾本科作物产量与种子活力开辟新方向。

原标题：《氮磷钾都够，农作物产量还是上不去？上海科研团队发现：答案可能藏在“镍”里》