它是懂得自我保護(hù)的水稻，即使生活在已被重金屬鎘污染的土壤里，也能機(jī)智地將鎘往稻草定向“驅(qū)趕”，而不滯留在關(guān)乎人類(lèi)食品安全的稻米中。它是沒(méi)有“住房”要求的土壤“修復(fù)員”，只要及時(shí)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(yíng)養(yǎng)器官中重金屬鎘積累的植物蛋白，從而驗(yàn)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(guó)首次發(fā)布與農(nóng)作物重金屬控制相關(guān)的標(biāo)志性研究成果。
水稻是我國(guó)最重要的糧食作物，其生長(zhǎng)環(huán)境卻也難逃重金屬污染。據(jù)初步估計(jì)，我國(guó)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(dá)到千萬(wàn)噸以上，重金屬污染治理無(wú)疑迫在眉睫。十多年前，龔繼明帶著他在美國(guó)期間和多個(gè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開(kāi)發(fā)出的離子組學(xué)技術(shù)回到國(guó)內(nèi)，便到處尋覓對(duì)重金屬具有超富集“魔力”又無(wú)礙自身生長(zhǎng)的植物基因，進(jìn)而培育高表達(dá)此類(lèi)基因的“超級(jí)治污植物”。
然而，另一個(gè)必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)國(guó)情是我國(guó)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(wú)暇專(zhuān)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(fèi)盡思量，終于計(jì)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_(dá)標(biāo)，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(guó)代表性水稻品種中廣泛篩選“修復(fù)員”基因。結(jié)果，在“臺(tái)南1號(hào)”(TN1)中找到了一種關(guān)鍵植物基因——CAL1，可專(zhuān)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(guò)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(yíng)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(guò)與鎘的“專(zhuān)一”而又緊密的結(jié)合，成功地將鎘從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外，且確保鎘不走回頭路——無(wú)法再次進(jìn)入韌皮部細(xì)胞內(nèi)，無(wú)法轉(zhuǎn)運(yùn)到可食用的籽粒，從而有效降低細(xì)胞內(nèi)的鎘含量。最妙的是，其表達(dá)部位緊靠植物體內(nèi)的交通干道——維管束，所以這些排到細(xì)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(yuǎn)了。
“也就是說(shuō)，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(lái)，我們便有可能在中國(guó)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(shí)，逐步對(duì)這些農(nóng)田實(shí)施修復(fù)，讓它們?cè)诓挥绊懮a(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(shuō)。
此外，CAL1編碼的成熟蛋白是一個(gè)小的分泌蛋白，還有望開(kāi)發(fā)成一種幫助人體排出體內(nèi)重金屬的多肽類(lèi)藥物。目前，研究組已為該基因申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)。
來(lái)源:新民晚報(bào) 作者:董純蕾
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