探索十几年 农作物当上土壤“修复员”
土壤的日益成为全球性的粮食生产之困。在上海，中科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组，提出“修复型水稻”培育理念，并新近寻获了一种能定向调控水稻营养器官中重金属镉积累的植物蛋白，从而验证了边种庄稼边的“两边不耽误”策略的可行性。这是我国首次发布与农作物重金属控制相关的标志性研究成果。
水稻是我国最重要的粮食作物，其生长环境却也难逃重金属污染。据初步估计，我国耕地面积的20%以上受到镉、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，重金属污染治理无疑迫在眉睫。十多年前，龚继明带着他在美国期间和多个实验室联合开发出的离子组学技术回到国内，便到处寻觅对重金属具有超富集“魔力”又无碍自身生长的植物基因，进而培育高表达此类基因的“超级治污植物”。
然而，另一个必须面对的现实国情是我国人多地少，很多遭受中低度重金属污染的农田还不能休耕，也无暇专事种植“治污植物”，必须从事农业生产。为了两全其美，研究人员费尽思量，终于计上心头：培育能“兼职”修复土壤的农作物。所谓修复型农作物，既要确保可食用部位的重金属含量安全达标，又要在秸秆等非食用部位高积累重金属。
于是，龚继明研究组与兄弟单位联合，在各式各样的我国代表性水稻品种中广泛筛选“修复员”基因。结果，在“台南1号”(TN1)中找到了一种关键植物基因——CAL1，可专事控制重金属镉的定向分配，且不影响有用元素的积累。通过前后十年的接力研究，龚继明研究组的黄婧博士和罗劲松博士，最终克隆到特异控制叶片等营养器官中镉积累的关键基因CAL1。
研究组发现，CAL1通过与镉的“专一”而又紧密的结合，成功地将镉从细胞内运输到细胞外，且确保镉不走回头路——无法再次进入韧皮部细胞内，无法转运到可食用的籽粒，从而有效降低细胞内的镉含量。最妙的是，其表达部位紧靠植物体内的交通干道——维管束，所以这些排到细胞外的镉，随着植物的蒸腾作用，最终“落脚”在叶片、稻草等植物的地上部位，从而与人们的餐桌更远了。
“也就是说，利用CAL1基因，我们可以定向改造作物，让水稻的稻草中积累更多的重金属镉，但是又不增加稻米中镉的含量。如此一来，我们便有可能在中国面积广大的中低度污染的农田里安全生产农作物的同时，逐步对这些农田实施修复，让它们在不影响生产的前提下逐步得以治理，最终变回清洁的农业生产用地。”龚继明期许说。
此外，CAL1编码的成熟蛋白是一个小的分泌蛋白，还有望开发成一种帮助人体排出体内重金属的多肽类药物。目前，研究组已为该基因申请专利保护。
原标题:探索十几年 农作物当上土壤“修复员” 上海科学家发现控制水稻重金属镉积累新机制