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[中國科學報]毒地結出“干凈”糧

中國農科院科技創新工程協同創新項目周年回訪

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湖南,稻米之鄉。它是全國水稻第一大省,每年這里的水稻產值占全國總量的十分之一。

湖南,毒地之痛。2013年轟動全國的鎘米事件,將湖南的水稻種植業推到了懸崖邊上。

“稻花香里盼豐年,怎奈毒地一片。”對于湖南這樣一個水稻大省而言,土地與糧食之間似乎存在天然的矛盾。人們離不開水稻,它是維系生存的根本。然而,重金屬籠罩下的土地卻讓延續了千百年的農事生產愈發難以為繼。

一場糧食爭奪戰正在這片土地上打響。2015年,由中國農科院主持的“我國南方地區稻米重金屬污染綜合防控”項目正式啟動,向重金屬污染這一世界性難題發起了挑戰。

如今,一年已過,在科研人員的聯手努力下,這片毒地終于收獲了“干凈”的糧食。

成立聯合行動組

在湘潭市農科所的水稻田試驗區中,立著一塊很惹眼的牌子。上面林林總總地羅列著一大串跟重金屬污染有關的各類信息,不熟悉情況的路人總會下意識收住腳,神色凝重地看上兩眼。

這樣的景觀并不奇怪。在湖南,重金屬污染牽動著每個人的心。除了土壤重金屬本底值較高的先天因素,近幾十年的工業化浪潮也加重了土地的負擔。盡管科學家們想過很多辦法,但這塊頑疾始終如夢魘般揮之不去。

“過去進行重金屬治理,都是各家單位在單打獨斗,沒有形成合力。中國農科院開展的科技創新工程協同創新項目,打破了過去那種單打獨斗的局面,各領域的科學家攜手攻克難題。”作為該項目首席科學家,中國農科院環保所研究員劉仲齊已和重金屬打交道多年,但如此大陣仗的聯合行動,他還是第一次見到。

劉仲齊手里的任務書上,列出了11項不同方面的研究內容,這些任務分別由農科院下轄的7個科研單位共同承擔,最終實現對重金屬污染的聯合治理。

不僅如此,聯合行動組還是一個十分開放的平臺,協同創新項目的參與成員并不限于農科院系統內部。“我們的最終目標是保障南方地區稻米數量與質量安全,因此只要有好的想法和技術,無論是高校、科研院所還是企業,都可以拿到我們的平臺上開展試驗。”劉仲齊介紹說,目前示范基地內已進駐南京農大、湖南農大等15個科研團隊,包括重金屬修復企業9家。

尋找鎘轉運路線圖

盡管重金屬污染治理以土壤為核心,但在協同創新項目組中,并非所有人的研究都是沖著土壤去的。

“稻米鎘超標絕不僅僅是土壤本身的問題,我們需要知道這些重金屬是如何進入植物體內的。”劉仲齊及其團隊成員發現,水稻體內廣泛存在的非選擇性陽離子通道,是影響大多數水稻品種鎘吸收轉運的關鍵環節。

劉仲齊解釋說,負責被動運輸的陽離子通道就好比城市里的公共交通工具,誰都可以使用;負責主動運輸的離子泵則像是私家車,只有特定的離子才能使用。這一發現為揭示鎘在水稻體內的生態毒理過程提供了關鍵依據。

研究顯示,陽離子通道對水稻幼苗根系鎘積累量的貢獻率為38.8%~53.5%,對地上部鎘積累量的貢獻率可高達93.5%。

劉仲齊告訴《中國科學報》記者,重金屬污染治理應以調動水稻本身的防控機制為基礎,不能只是控制某個單一通道,要加強公共通道的安保措施。

發現這條路線后,科學家們又想出了遏制重金屬污染的三道關卡。

比如,在地上部分,使用以調控陽離子通道為核心的葉面調理劑,把植物營養體里面的鎘控制住,不讓它往籽粒里面繼續擴散。在地下部分,從根系微生物的層面使用一些產品,讓進入根系的鎘不再向植物葉片里面轉運。最后,通過在土壤里面添加一些肥料和灌溉措施,降低鎘從土壤進入植物根系的比重。

“排毒”只為還凈土

如果說劉仲齊團隊的研究是琢磨著如何防止鎘進入植物體內,那么中國農科院麻類所研究員王玉富的研究則恰好相反。用他的話說,自己的工作是給土地“排毒養顏”。

“麻類植物對鎘都具有很強的富集能力,是鎘污染土壤的良好修復植物。同時,亞麻可以冬季種植,在重金屬污染調控區和水稻輪作,不會影響水稻的生產。而在那些高污染區域,可以直接用麻類植物代替水稻。”王玉富說。

不僅如此,王玉富表示,這些地區種出的麻,符合國家對于紡織品的標準,不會對人體造成任何傷害。

與王玉富一樣,中國農科院農產品加工研究所研究員郭波莉也是一個擅長“排毒”的人。

在協同創新項目中,郭波莉開展了關于稻米安全加工的技術研究。該研究不僅確定了水稻籽粒中鎘元素的富集部位,而且明晰了不同碾米時間和碾米精度對精白米中鎘含量的影響,以及鎘元素在稻米籽粒不同營養組分中的分布,最終證明蛋白質是稻米中鎘元素最重要的結合物質。

“我們開發出了一種新型脫鎘米制品—脫鎘再造米工藝。通過這項技術處理過的稻米,其鎘含量完全符合國家標準。”談及一年來的工作成果,郭波莉難掩心中的興奮。

“這是中國農科院科技創新工程啟動的第一個區域發展類協同創新行動,也是中國科學家向重金屬污染的鄭重宣戰。”在座談會上,中國農科院黨組書記陳萌山又提起了立在試驗田邊的那塊牌子:“我們的牌子不是立在那里給別人看的,而是要把協同創新真正落到實處,還農民一片‘凈土’。”

《中國科學報》 (2016-07-21 第4版 綜合)
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