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国庆快乐！ 国庆假日，在这个普天同庆的日子里，我们也迎来了两个值得共同庆贺的好消息！一是，世界杂交水稻之父”袁隆平先生宣布水稻亲本去镉技术获得突破；二是，盐碱地海水稻试种成功，未来2.8亿亩盐碱地种庄稼不成问题。 这两项成果对于中国乃至世界农业的发展意味着什么？或许对于很多非专业人士可能并不是很理解，但是却和我们每个人息息相关。今天，Foodaily就带大家详细了解下这两项牛得不得了技术究竟是怎么回事… 盐碱地海水稻试种成功 未来2.8亿亩盐碱地种庄稼不成问题 9月28日，由袁隆平挂帅的“海水稻”项目在青岛海水稻研究发展中心的试验基地和金口镇海水稻稻作改良国家示范基地进行实地测产。 此次袁隆平和他的技术团队以杂交路线为方式，对“海水稻”选种育种成功。最重大的技术突破在于可以用含盐６‰的咸水直接灌溉并且产量大幅提高，最高亩产为620.95公斤,原来的预期目标为300公斤，大大超过了预期！ 耐盐碱杂交水稻（俗称“海水稻”）并不是新物种。世界不少地区发现多种耐盐度为3‰至12‰野生水稻资源，这种资源提供了一种广阔的粮食增产空间。因为全世界大约有142.5亿亩盐碱地，亚洲有48亿亩，占全球总量1/3以上，其中2.8亿亩可以开发利用。中国有15亿亩盐碱地，占亚洲总量接近1/3。但那些海水稻缺点也很明显，产量低、米质差、株叶形态不佳。大多数海水稻处于野生状态，亩产只有100公斤左右，种了收不回成本。亩产300公斤是一道分水岭，就有了推广的价值。袁隆平希望通过海水稻的研发和推广，让盐碱地像普通耕地那样造福人类。 这个意味着什么呢？按照每亩盐碱地产值300公斤保守计算，可增产粮食500亿公斤，多养活约2亿中国人！这不仅对我国粮食安全影响巨大，甚至将深刻改变人类的命运。 推广“海水稻”还有更多好处。专家们认为，一是“海水稻”的灌溉用水可以使用半咸水，能够节约淡水资源；二是由于盐碱地中微量元素较高，“海水稻”矿物质含量比普通稻要高；三是“海水稻”在条件恶劣的盐碱地生长，很少会患普通稻的病虫害，基本不需要农药，因此是天然的绿色有机食品。 水稻亲本去镉技术 不仅解决了“吃得饱”问题， 还解决了“吃得安全”这一大难题 近日，在2017年国家水稻新品种与新技术展示现场观摩会上，中国工程院院士、美国国家科学院外籍院士、“世界杂交水稻之父”袁隆平先生宣布：继“海水稻”技术后又获得了一项重大突破成果——水稻亲本去镉技术。 首先，我们需要了解的是，什么是镉污染？ 为什么袁老要专注于研究水稻的去镉技术呢？ 大米的重金属镉污染，虽然各地陆续有镉污染事件的报道，却一直并未引起国人足够的注意。 而在日本富山县，曾经与1931年震惊世界的“痛痛病”镉米事件，就是大米受重金属镉污染的结果。 自20世纪初期开始，人们发现这里的水稻普遍生长不良。1931年开始，又出现了一种怪病，患者大多是妇女，病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。病症持续几年后，患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，就连咳嗽都能引起骨折。患者不能进食，疼痛无比，常常大叫“痛死了！”“痛死了！”有的人因无法忍受痛苦而自杀。这种病由此得名为“骨癌病”或“痛痛病”（Itai-Itai Disease）。 1946-1960年，日本医学界从事综合临床、病理、流行病学、动物实验和分析化学的人员经过长期研究后发现，“痛痛病”是由于神通川上游的神冈矿山废水引起的镉（Cd）中毒，用这种含镉的水浇灌农田，生产出来的稻米成为“镉米”。“镉米”和“镉水”把这里的人们带进了“痛痛病”的阴霾中。 我国也曾发生多次镉污染事件，包括2005年“广东北江镉污染”事件，2009年湖南“长沙湘和化工厂镉污染”事件以及2012年广西龙江河拉浪段“重金属镉污染”事件，但所幸环保部门发现及时，妥善处置，事故造成的影响较小，危害轻。 需要指出的是，我国重金属镉污染正在以不同的方式悄然进行，2014年我国官方环保与土地部门联合发布了《全国土壤污染状况调查公报》，报告的形成历时8年，报告指出镉的点位超标率占7%，是所涉无机污染物超标点位率最高的，且远高于其它化学元素。 ▎1、土壤中的镉及其来源 全世界镉储量约为50万吨，我国镉储量在全球范围内是最高的，存储量为9.2万吨，占全球总量的18.4%。中国这么高的镉储量，岂不是很危险？ 并不会。因为天然存在的镉矿并非单一纯净的镉矿石，往往与铅锌等元素以化合物的形式相伴存在。自然来源的镉在土壤中存在的形式较为稳定，即便是土壤中含有较高含量的自然来源镉，一般情况下也不至于对植物和人类构成威胁，而因人类活动带入土壤的镉往往危害更大。 现代农业生产过程中，连年向耕地投入大量化肥、农药等化工生产资料，向土壤带入了大量的污染重金属。我国工业生产每年排放的未经处理的污水约400亿立方米，这些工业废水是导致我国农田镉污染的主要原因。镉主要用于电池、染料或塑胶的稳定剂，所以当我们乱扔废旧电池时，土壤中的许多重金属含量也会逐渐升高，形成污染。 人为来源的镉是工农业等人类活动过程输入土壤环境中的镉。 ▎2、镉对人体的危害 科学家的研究发现水稻本身拥有的某些独特基因，使水稻根系吸收土壤中镉的能力较强，比如：水稻对于镉污染的吸附作用明显强于玉米、大豆等其他的作物品种。而这些吸附的镉会在水稻的米粒中大量富集，所以镉污染在水稻米粒中表现得尤为突出。 一旦人直接食用这些镉米，或者家禽等食用后在体内富集，再通过食物链进入人体，都会引起慢性中毒，严重威胁人类健康。 作为重金属元素，镉具有很强的毒性。联合国环境规划署曾在上世纪80年代提出12种在全球范围内均具有危害意义的物质，镉位列第一，而其对人体的毒性则仅次于汞（水银），位列第二。 镉在人体内的半衰期约为10-30年，镉被人体吸收后，主要累积在肺、肝、肾等器官中。 研究表明，肾脏可吸收进入体内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。由于镉损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。特别可使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。还可导致高血压、肾功能紊乱、肝损害、肺水肿、贫血等疾病以及神经和大脑损伤，甚至诱发癌症。 ▎3、“痛痛病”事件后续 发生在日本富山县的神通川污染事件中，从神田矿山的采矿活动中泄露或排放到神通川中的镉经过纵横交错的灌溉水道系统进一步扩散到水田中，逐渐富集下来。 由于水稻对镉元素的富集作用，在神通川沿岸区域内，即便采样土壤中的镉含量相对较低，水稻脱壳糙米中仍然含有相当高的镉含量。 根据日本食品卫生法中的基准值，富山县认定糙米中镉含量超过1.0ppm即为污染米。受此影响，230个检出地点的水稻种植被迫暂停，农户得到了三井金属矿业集团的相应补偿。镉含量在0.4ppm到1.0ppm之间的糙米被认定为准污染米，经铁丹（主要成分为三氧化二铁的传统染料）染色后作为工业用糊精销往相关企业。 事件风波后，日本政府规定，镉含量超过0.4mm的糙米一律进行焚化处理，不再用于工业用途，受到该规定影响的准污染米据称每年有1000吨之多。 ▎5、中国大米镉污染现状 关于稻米镉超标的食品安全问题也正在成为中国社会关注的热点，国家农业部稻米质量监督检验中心也曾对我国市场的稻米进行安全性抽检，结果发现镉超标率高达10.3%。 详细的数据分析显示：南方市场上稻米的镉污染比北方更严重，如江西、湖南的一些县市，稻米镉超标的问题非常突出。 据报道，我国居民平均人体镉摄入量是美澳等国的两倍多，所幸，与世界多国相比，我国的大米镉污染状况还不算是最为严重的。 我国2013年6月1号开始执行的新版食品安全国家标准《食品中污染物限量》（GB2762-2012）中规定，大米镉含量不得超过0.2ppm。 应该说，这一数值在世界各国中都是相对低的，十分严格，这得益于我国镉含量超标的土地占耕地面积的比例较低，因此实施相对严格的标准也有充足的操作空间。 除了日本之外，大米中镉含量较高的国家还有印度、斯里兰卡、孟加拉国、伊朗、哥伦比亚等国，超标的原因除了工业污染之外，主要来自于当地土壤自身较高的镉含量。 可见，稻米除镉乃是世界性的健康议题，具有深远的现实意义。 ▎6、大米除镉技术 世界上目前在开发以及应用中的大米除镉技术主要有土壤改造法、镉稻吸收法以及辐照育种法等。 土壤改造法利用化学试剂淋洗去除镉，或者直接利用镉含量较低的土质替换高镉土，技术含量较低，成本较高，并且额外加入的化学试剂长期的环境稳定性仍然存有疑问。该技术的好处是具有立竿见影的除镉效果，日本富山县的数个污染区域都是采用土壤改造的方式加以修复还原的。 镉稻吸收法则是利用了水稻富集镉元素的特性。水稻是一个品系众多的作物种类，很多水稻品种并非食用稻种，但是他们却具备更强的富镉能力。在高镉土壤中种植非食用的水稻，经过3到5年的周期，可以使土壤中的镉含量降低到之前的一半以下。再用这种经过脱镉处理的土壤进行稻米种植，自然可以降低大米中的镉含量。这种方法的好处是不会引入额外的环境风险，不过比较长的周期必定带来相当高的实施成本。 辐照育种利用放射源处理植物种子，诱发育成植株的突变。再根据突变后的的性状和育种要求对突变体进行选择以及鉴定。这种方法的优点是变异频率可以达到自然状态下的1000倍，并且突变后的性状具有广谱性，植株形态、结构以及生理生化等方面均可发生深刻变化。 不过辐照育种的缺陷也十分明显，发生诱变的方向难以控制，随机性巨大，同时产生的有利突变较少，大部分是劣变体。简单来说，就是用霰弹枪打远靶，虽然子弹飞出去不少，能不能命中却全看运气。 此次袁老开发的亲本除镉技术，从根本上改造了水稻，让水稻从容易富集镉的植物变成对镉吸收较少的植物，自然会相应降低水稻稻种也就是大米中的镉含量。虽然在技术细节上仍然不为公众所知，但是显然与以上几种方式截然不同。 下面我们就从媒体此次报道的细枝末节中，试图还原水稻亲本去镉技术的本尊。 ▎7、水稻亲本去镉技术 不同水稻品种对于镉污染的积累是不同的。 一般认为，在不同水稻品种中，超级稻向籽粒转运镉的能力最强的，其次是杂交稻，最后是常规稻。 研究人员发现，不同类型和品种的水稻稻米中含镉量也存在较大的差异，其结果为：特种稻>常规早籼稻>三系杂交晚稻>两系杂交晚稻>常规晚稻>常规粳稻>爪哇稻。而不同水稻品种类型间对镉的吸收积累量一般认为：籼稻>粳稻，新株型稻介于二者之间。 研究人员还发现，各水稻品种对镉吸收积累能力的不同是由于各水稻品种的基因型间的差异所致。 这些优质的镉吸收的基因型位点，主要分布在中国科学家多年来收集的水稻种质资源库中，目前，水稻功能基因组学的研究者们正通过对这些基因位点的分子克隆和功能验证，逐步解析控制水稻镉吸收等性状的关键基因。解析后，可以将这些科学成果与设计育种思路相结合，培育出一批优质、高产、耐镉的优良水稻新品种。 遗憾的是，目前，我们并未得到确切信息阐述袁隆平院士这一关键技术是如何实现（可能技术保密）。 此次水稻亲本去镉技术的成功，袁隆平院士又对水稻育种技术创新做出了巨大的贡献。他过去解决了中国人的“吃得饱”问题，现在又解决了中国人乃至全人类“吃得安全、吃得放心”这一难题。 近年来，中国的水稻研究连续取得了突破性进展，国际著名学术期刊《自然·植物》专门撰文介绍了中国水稻研究从跟踪到领跑的过程，将这样的表现称之为“中国的复兴”。在袁隆平作为开创者及带头人的中国科学家团体的共同努力下，中国水稻研究正走在世界前列。 图片来源：网络 内容来源：Foodaily根据“科学大院（ID：科学大院，作者：代茂，中国科学院遗传与发酵生物学研究所）”，中国新闻社等内容整理编辑 |
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