鎘發(fā)現(xiàn)由來(lái)

不久前，湖南雜交水稻研究中心發(fā)布消息稱(chēng)，該中心研發(fā)出了即便種植于高鎘污染稻區(qū)，也能出“鎘”而不染的雜交稻親本品系“低鎘1號(hào)”和組合“兩優(yōu)低鎘1號(hào)”。

這意味著，糧食安全從質(zhì)量上有了更多保障，有望讓人們吃得更有“安全感”。因此，這一技術(shù)，被不少網(wǎng)友稱(chēng)為我國(guó)水稻種植技術(shù)上的又一次“彎道超車(chē)”。

這項(xiàng)“彎道超車(chē)”的新技術(shù)，究竟如何“幫”水稻降鎘？是否為轉(zhuǎn)基因技術(shù)？對(duì)人體是否會(huì)有后續(xù)的影響？

低鎘水稻

可“免疫”高鎘污染地

如何讓稻米避免鎘污染,研究由來(lái)已久。

農(nóng)業(yè)科學(xué)家們?cè)岢龊芏鄳?yīng)對(duì)稻米鎘污染的多種策略。如，研發(fā)出將田中“鎘”通過(guò)微生物活化后從土壤中泵出的技術(shù)；通過(guò)選育低鎘品種、灌溉和調(diào)節(jié)土壤pH值到7.0以上，實(shí)現(xiàn)綜合降鎘的“VIP”技術(shù)；發(fā)布“應(yīng)急性鎘低積累水稻品種”……

但即便是“應(yīng)急”品種，種植在高鎘污染稻區(qū)，其稻米中鎘含量仍超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?！癡IP”技術(shù)等方式，在降低土壤和品種的鎘含量上可行，卻較為“費(fèi)錢(qián)”。篩選和培育“籽粒鎘低積累水稻品種”,是目前最直接和經(jīng)濟(jì)的方法。

湖南雜交水稻研究中心研究員趙炳然介紹，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“籽粒鎘低積累水稻品種”技術(shù)，主要通過(guò)基因組編輯技術(shù)與水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)的集成創(chuàng)新，在國(guó)際上率先建立了培育低鎘秈型雜交稻親本及組合的技術(shù)體系。用此方法，他們快速、精準(zhǔn)培育出了不含任何外源基因的低鎘雜交稻組合。

團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)兩年，在高鎘大田進(jìn)行鑒定，其糙米鎘含量穩(wěn)定在0.06mg/kg以下，遠(yuǎn)低于0.2mg/kg的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和0.4mg/kg的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?！爸唤档玩k含量，不影響原始品種（系）的產(chǎn)量、品質(zhì)等綜合農(nóng)藝性狀。與相同情況下的對(duì)照品種，包括‘應(yīng)急性低鎘品種’相比，稻米鎘含量都顯著降低。”趙炳然說(shuō)。

這一結(jié)果，經(jīng)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)等九單位專(zhuān)家組成的專(zhuān)家組現(xiàn)場(chǎng)評(píng)議后認(rèn)為，親本品系“低鎘1號(hào)”及“兩優(yōu)低鎘1號(hào)”組合降鎘效果顯著，突破了“應(yīng)急性鎘低積累水稻品種”在高鎘污染田栽培稻米依然鎘含量超標(biāo)的技術(shù)瓶頸，可望從根本上解決“鎘大米”問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全，具廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)“轉(zhuǎn)基因”

但“產(chǎn)品”不含轉(zhuǎn)基因

該品系和組合是否為轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育？是否為轉(zhuǎn)基因品種？

對(duì)公眾普遍關(guān)注的這兩個(gè)問(wèn)題，趙炳然回應(yīng)：“培育過(guò)程中利用的基因組編輯技術(shù)，的確是涉及轉(zhuǎn)基因過(guò)程的新技術(shù)。但經(jīng)過(guò)一年兩代繁育篩選后，可獲得不含任何轉(zhuǎn)基因成分的突變植株，這與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)從程序、結(jié)果上看，都有本質(zhì)不同?！?/p>

所謂基因組編輯技術(shù)，是一種可在基因組水平上對(duì)DNA序列進(jìn)行修飾、改造的分子技術(shù)。因其可快速精準(zhǔn)地對(duì)作物自身基因進(jìn)行突變，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物相關(guān)農(nóng)藝性狀的改良，已迅速發(fā)展為作物遺傳改良的重要手段?；蚓庉嫾夹g(shù)的過(guò)程，既能模擬基因組的物理誘變和化學(xué)誘變，又具有高效定點(diǎn)誘變基因的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

“但，它有別于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)?！壁w炳然介紹，傳統(tǒng)意義上的轉(zhuǎn)基因技術(shù)是做“加法”，轉(zhuǎn)移外源有利性狀基因到作物中；而基因組編輯技術(shù)則為“減法”，突變作物自身不利性狀基因。因此，通過(guò)基因編輯技術(shù)獲得的農(nóng)作物，在美國(guó)、歐洲多國(guó)，被視為常規(guī)品種管理。

“兩優(yōu)低鎘1號(hào)”，通過(guò)對(duì)雜交稻骨干親本材料，用基因組編輯技術(shù)“CRISPR/Cas9”，定點(diǎn)突變鎘吸收主效基因，有效阻斷水稻吸鎘?！拔覀冝D(zhuǎn)入的外源基因和突變基因,在突變體的后代自交群體中會(huì)發(fā)生分離，其中一部分突變單株不含外源基因。通過(guò)分子檢測(cè)突變株的后代群體，可快速篩選到不含任何外源基因的純合突變體單株。因此，最終培育出的組合，不含轉(zhuǎn)基因成分?！壁w炳然說(shuō)。

不過(guò)，植物對(duì)有害元素，如鎘，并沒(méi)有“專(zhuān)用”吸收通道?！版k”主要通過(guò)水稻生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素的“轉(zhuǎn)運(yùn)通道”，“混”入水稻“體內(nèi)”。此前，日本開(kāi)展的一項(xiàng)研究已證明，“鎘”易通過(guò)“錳”的“轉(zhuǎn)運(yùn)通道”，被水稻所吸收。因此，通俗的解釋?zhuān)摰玩k水稻組合的培育，是敲除了水稻基因組中的水稻運(yùn)輸、吸收錳元素的“轉(zhuǎn)運(yùn)通道”，從而阻止“鎘”的進(jìn)入。這意味著，此類(lèi)低鎘品種，會(huì)影響水稻對(duì)“錳”的攝入。正基于此，趙炳然表示，對(duì)該品種是否在鎘污染農(nóng)田具廣適性，還有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也計(jì)劃明年在全國(guó)進(jìn)行更多品種（系）的試驗(yàn)與示范。

“富硒是有益的。富鎘卻是有害的。這套成果，是水稻育種中的一項(xiàng)重大突破。它在應(yīng)用中好操作，降鎘成本不高，簡(jiǎn)單易行，值得推廣?！敝袊?guó)工程院院士袁隆平說(shuō)。

“湖南省鎘低積累農(nóng)作物品種篩選與選育”首席科學(xué)家、湖南省農(nóng)科院黨委書(shū)記柏連陽(yáng)也點(diǎn)贊了該技術(shù)。他表示，未來(lái)有望利用此法，對(duì)其他優(yōu)秀水稻品種進(jìn)行“去鎘”改良。同時(shí)，這也是一種可復(fù)制的方法和手段，能應(yīng)用到玉米、油菜等品種的低鎘改良中。

土壤污染綜合治理與

低鎘農(nóng)作物選育不沖突

柏連陽(yáng)稱(chēng)，土壤污染綜合治理研究，與水稻低鎘品種培育，并不沖突。土壤污染治理，是全世界均面臨的重大難題，不論從技術(shù)難度、土壤恢復(fù)時(shí)間、還是土壤修復(fù)所需要的經(jīng)濟(jì)上，均有很大挑戰(zhàn)。在未獲得土壤污染修復(fù)“全解決方案”前，對(duì)農(nóng)作物鎘等重金屬污染問(wèn)題的解決，不能放松。

“國(guó)際上針對(duì)重金屬污染稻田土壤的修復(fù)技術(shù)還不成熟?！焙鲜∞r(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所所長(zhǎng)紀(jì)雄輝說(shuō)。他介紹，歐美普遍采用輪耕、休耕的土壤修復(fù)方案，在嚴(yán)重污染區(qū)種植重金屬超富集植物。但在嚴(yán)重污染區(qū)域，此方案需要至少50-100年時(shí)間，才能使土地有效修復(fù)。日本，則主要采用客土法處理，成本較高。

事實(shí)上，國(guó)際上應(yīng)對(duì)耕地污染，也均以保障糧食安全為目標(biāo)。實(shí)際措施以“換新”（客土法和翻耘法）為主，“調(diào)控”（水分調(diào)節(jié)和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)）為輔，“修復(fù)”（植物修復(fù)和鈍化法）尚處于研究、試驗(yàn)或小規(guī)模應(yīng)用中。在植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方面，多數(shù)還處于小試階段，規(guī)?；瘧?yīng)用尚需時(shí)日。因此，國(guó)外耕地污染修復(fù)技術(shù)，對(duì)我國(guó)的可借鑒之處并不多。

紀(jì)雄輝表示，我國(guó)在此領(lǐng)域的研究，總體處于世界領(lǐng)先水平。譬如，2014-2017年，農(nóng)業(yè)部及財(cái)政部開(kāi)展的“重金屬污染耕地修復(fù)及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整”試點(diǎn)，采取“VIP”技術(shù)鎘污染土壤進(jìn)行修復(fù)試點(diǎn)，效果明顯。但，在受限于修復(fù)效果的可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性，該技術(shù)的推廣也屢屢遭遇“尷尬”。因此，專(zhuān)家們紛紛表示，為“水稻”等作物降鎘的“經(jīng)濟(jì)適用型”技術(shù)，不僅“可以有”，而且是“題中之義”。

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編輯：王小龍

審核：管晶晶