它是懂得自我保護的水稻，即使生活在已被重金屬鎘污染的土壤里，也能機智地將鎘往稻草定向“驅(qū)趕”，而不滯留在關(guān)乎人類食品安全的稻米中。它是沒有“住房”要求的土壤“修復(fù)員”，只要及時收割和處理富集了鎘的稻草，便能逐步修復(fù)中輕度污染的農(nóng)田，而不再額外占用耕地。
土壤的重金屬污染日益成為全球性的糧食生產(chǎn)之困。在上海，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所龔繼明研究組，提出“修復(fù)型水稻”培育理念，并新近尋獲了一種能定向調(diào)控水稻營養(yǎng)器官中重金屬鎘積累的植物蛋白，從而驗證了邊種莊稼邊修復(fù)土壤的“兩邊不耽誤”策略的可行性。這是我國首次發(fā)布與農(nóng)作物重金屬控制相關(guān)的標志性研究成果。
水稻是我國最重要的糧食作物，其生長環(huán)境卻也難逃重金屬污染。據(jù)初步估計，我國耕地面積的20%以上受到鎘、砷、鉛等重金屬污染，每年造成的糧食減產(chǎn)和污染分別達到千萬噸以上，重金屬污染治理無疑迫在眉睫。十多年前，龔繼明帶著他在美國期間和多個實驗室聯(lián)合開發(fā)出的離子組學(xué)技術(shù)回到國內(nèi)，便到處尋覓對重金屬具有超富集“魔力”又無礙自身生長的植物基因，進而培育高表達此類基因的“超級治污植物”。
然而，另一個必須面對的現(xiàn)實國情是我國人多地少，很多遭受中低度重金屬污染的農(nóng)田還不能休耕，也無暇專事種植“治污植物”，必須從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為了兩全其美，研究人員費盡思量，終于計上心頭：培育能“兼職”修復(fù)土壤的農(nóng)作物。所謂修復(fù)型農(nóng)作物，既要確?？墒秤貌课坏闹亟饘俸堪踩_標，又要在秸稈等非食用部位高積累重金屬。
于是，龔繼明研究組與兄弟單位聯(lián)合，在各式各樣的我國代表性水稻品種中廣泛篩選“修復(fù)員”基因。結(jié)果，在“臺南1號”(TN1)中找到了一種關(guān)鍵植物基因——CAL1，可專事控制重金屬鎘的定向分配，且不影響有用元素的積累。通過前后十年的接力研究，龔繼明研究組的黃婧博士和羅勁松博士，最終克隆到特異控制葉片等營養(yǎng)器官中鎘積累的關(guān)鍵基因CAL1。
研究組發(fā)現(xiàn)，CAL1通過與鎘的“專一”而又緊密的結(jié)合，成功地將鎘從細胞內(nèi)運輸?shù)郊毎猓掖_保鎘不走回頭路——無法再次進入韌皮部細胞內(nèi)，無法轉(zhuǎn)運到可食用的籽粒，從而有效降低細胞內(nèi)的鎘含量。最妙的是，其表達部位緊靠植物體內(nèi)的交通干道——維管束，所以這些排到細胞外的鎘，隨著植物的蒸騰作用，最終“落腳”在葉片、稻草等植物的地上部位，從而與人們的餐桌更遠了。
“也就是說，利用CAL1基因，我們可以定向改造作物，讓水稻的稻草中積累更多的重金屬鎘，但是又不增加稻米中鎘的含量。如此一來，我們便有可能在中國面積廣大的中低度污染的農(nóng)田里安全生產(chǎn)農(nóng)作物的同時，逐步對這些農(nóng)田實施修復(fù)，讓它們在不影響生產(chǎn)的前提下逐步得以治理，最終變回清潔的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地?！饼徖^明期許說。
此外，CAL1編碼的成熟蛋白是一個小的分泌蛋白，還有望開發(fā)成一種幫助人體排出體內(nèi)重金屬的多肽類藥物。目前，研究組已為該基因申請專利保護。
來源:新民晚報 作者:董純蕾
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