这种水稻不仅好吃,还能净化土壤重金属污染!上海科学家立功了
一株水稻,既能吸走污染土壤中的重金属元素,又能贡献安全又香甜的稻米?今天18点,国际著名学术期刊《自然-通讯》杂志在线发表了上海植物学家的最新成果,让我们看到了这种新水稻诞生的曙光。
水稻是我国重要的粮食作物,但由于独特的基因特征,它比玉米、大豆等其他作物,更容易吸收土壤中的重金属。湖南、江西、浙江等地不断发现的“镉大米”已拉响了水稻安全生产的警报。根据初步估计,我国耕地面积的20%以上受到重金属镉、砷、铅等重金属污染,每年造成的粮食减产和污染分别达到千万吨以上。
由于我国地少人多,很多中低度重金属污染的农田很难退出农业生产。“能否培育出一种水稻,可以将重金属污染物吸进叶子里,但稻米籽粒却可以不受影响?”2006年从美国加州大学回国时,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所龚继明研究员就提出了培育“修复型水稻”的设想。经过十年多努力,他的课题组终于探寻到了一条路径。
修复型水稻示意图
“我们在水稻里找到了一个关键基因CAL1。”龚继明告诉记者,这种基因所产生的蛋白质,专门找植物体内的镉离子,把它们包裹起来,并从活细胞里扔出去。在植物里,有着大量死细胞组成的细胞质外空间。细胞质外空间有点像人体的血管,可以输送各种物质,但被扔到这里的镉却无法再回到活细胞里。“稻米籽粒与细胞质外空间之间,隔着一层由活细胞组成的韧皮部,镉元素无法通过韧皮部,也就无法进入稻米中。”他说,这就使得米粒不会受到重金属镉的污染。
植物叶片在蒸腾水分时,会对细胞质外空间产生抽油烟机一样的效果,于是,这些被CAL1蛋白包裹的镉元素就被吸到了叶片里。“只需收割掉叶片,就能将水稻从土壤中的金属镉带走,慢慢修复受污染的土壤。”龚继明说,找到了这个基因,让科学家觉得培育“修复型植物”来净化土壤是可行的。原来,CAL1在不同品种水稻中都存在,但发挥的作用大小不同——有的CAL1表达强烈,抗镉毒害、叶片富集镉的本领就大一些;有的功能弱,甚至失去功能,所产生的稻米就容易受镉污染。
在水稻体内,不同的重金属元素的吸收还会受不同的基因调控,龚继明设想,在后续研究中陆续找到这些特定的基因,就能让水稻一边产安全香甜的粮食,一边吸走土壤中的重金属污染物,让中低度污染的农田在不影响生产的前提下逐步得到治理,最终变成清洁的生产用地。“另外,在改造水稻时,还要注意不能影响铁、锌等有益健康的重金属微量元素在稻米中的积累。”他说,目前研究组已经对CAL1申请了专利保护,“修复型水稻的培育,还有很长的路要走,同时相关研究或许还能拓展到人体排重金属的多肽药物开发上。”
责任编辑:钱家跃
*独家稿件,转载请注明出处。丨图:中科院分子植物卓越创新中心