如何“出淤泥而不染”？低镉水稻告诉你答案

镉（Cd）是一种毒性很强的重金属元素，其化合物也大多属于毒性物质。现代农业生产过程中使用的化肥、农药带来了便利，但过量向耕地中投放，也会造成造成严重的土壤重金属污染。

我国有着悠久的水稻种植历史，它是我们的主要粮食作物之一。水稻吸收镉其实和基因型有很大关系，同等情况下，水稻比玉米和豆类更容易吸收镉。所以水稻重金属镉超标的原因，除了本身土壤的污染问题，更重要的是水稻基因引起的天生对镉等重金属离子具有致命“吸引力”。

图片由AI生成

稻田中的镉被水稻的根系吸收，向上运输到茎、叶和稻米中，最终造成镉元素的超标。水稻吸收的镉会积累在籽粒等部位，并向食物链顶端传递。一旦被人体摄入，会对健康造成严重危害。镉在体内的半衰期长达10~30年，会在人体的骨骼和肾脏等部位不断富集，引发骨质疏松、肾功能衰竭、癌症及心血管疾病等。

1931年，日本富山县曾发生过震惊世界的“痛痛病”镉米事件，其根源就是神通川上游的神冈矿山废水，用这种含镉的水浇灌农田，生产出来的稻米就变成了“镉米”。“镉米”和“镉水”事件，让人们很长时间都笼罩“痛痛病”的阴霾中。

阴霾尚在，病痛犹新。治理镉污染、解决镉大米问题，让人们吃得安全、吃得放心，成为科研人员攻关的目标。

怎么才能降低水稻籽粒的镉含量？利用土壤移除和置换、化学清洗或植物修复等处理方法修复受污染土壤都是可行之路，但这些方法不仅昂贵，而且非常耗时。于是科研人员想到了从水稻本身入手，选择和培育低镉积累的水稻品种。

如何让水稻拥有隔绝重金属污染的“超能力”？这要从了解水稻吸收和转运镉的生理过程和分子机制开始。重金属镉从土壤中被根吸收，通过木质部运输到芽中，并在叶和茎中积累。在水稻的生殖生长期，通过木质部运输的大部分镉被转移到节中的韧皮部，然后优先运输到上部节和谷粒中。许多镉转运蛋白都已被鉴定，比如OsIRT1、OsIRT2、OsNramp5、OsNramp1等。

其中，将OsNramp5基因突变后导致的镉含量降低最为显著。因此，科研人员将影响水稻镉吸收的主效基因OsNramp5作为研究对象，利用 CRISPR/Cas9 系统，培育了基因突变水稻，这些籼稻品系及其杂种品系的籽粒镉含量显著降低，而且不影响产量。

低镉积累水稻集多种优点于一身，除了具有精确突变降低了引入非理想性状的风险这一优点，低镉积累水稻与带有自发突变或由物理和化学处理诱导突变的植物没有区别。

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经过多年的生物育种技术发展，我国在低镉基因编辑水稻研发方面取得了重大成果。2023年11月，由湖南杂交水稻研究中心育种并提出申请的“西子3号”，成为通过国家农作物品种审定的低镉水稻品种。

农业农村部发布的品种审定信息显示，西子3号区域试验中的糙米镉含量为0.000—0.098毫克/千克，低于国家限量标准（0.2 毫克/千克），我们的水稻披上了属于自己的“防护衣”。生物育种技术的发展让降镉目标得以实现，让人们的餐桌变得更加安全。（光明基因科普团队）