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不久前，袁隆平院士宣布了一項重大成果：水稻親本去镉技術獲得突破，為解決镉污染土地種植安全水稻提供了先進方案，這項重大成果是利用基因編輯技術實現的。

水稻中的镉問題一直受到廣泛關注，那它是到底如何造成的呢？其實，除了土壤本身含镉，随着我國工業化的發展，采礦冶煉産生的廢水、廢氣排放，含镉磷肥施用等，造成耕地镉污染。

據統計，我國有1300萬公頃的耕地被镉污染。水稻既是主要的糧食作物之一，也是容易蓄積镉的作物之一，稻田中的镉通過水稻的根系被吸收，并向上運輸到莖、葉和稻米中。

我國南方稻區由于酸性的紅壤分布廣（酸性土壤有效态镉含量高），籼稻為主的種植模式（相對粳稻多數籼稻蓄積镉的能力更強），加劇了稻米镉污染風險。

如果要檢測水稻中的镉含量，我們可以通過粉碎、或用酸消解水稻樣本，得到的消化液通過原子吸收分光光度計、電感耦合等離子體發射光譜儀、電感耦合等離子體質譜儀來檢測镉含量，而镉含量的檢測标準是食品安全國家标準（GB 5009.15-2014，食品中镉的測定）。

镉污染耕地（圖片來自網絡）

镉是對人體有害的一種重金屬，一旦被人體攝入，在體内的半衰期長達10-30年，會在人體的骨骼和腎髒等部位不斷富集，引發骨質疏松、腎功能衰竭、癌症及心血管疾病等。

其實，在親本去镉技術出現前，我們也采取率一些方法解決水稻中的镉問題，主要包括“淨源”、“失活”、“減量”、“低吸”四種技術或者這些技術的集成辦法。

譬如有所謂的VIP綜合治理策略，V（Variety）表示種植低镉水稻，I（Irrigation）表示淹水灌溉，P（pH值）表示施用石灰調節土壤pH值等農藝措施等。培育、栽培低镉品種是最直接、經濟的途徑，淨化改良土壤是治本之舉，但成本高、周期長。

親本去镉技術的原理是通過基因組編輯技術，定點突變水稻吸收镉的關鍵基因，從而有效阻斷水稻對镉的吸收，降低水稻植株的镉含量。

基因組編輯技術在親本去镉中的運用（圖片來自網絡）

目前，水稻吸收镉的主效基因已經被挖掘，以它作為靶标基因，通過轉基因技術導入可使該基因突變的外源基因（CRISPR/Cas9系統），可使靶标基因發生定點突變。

因為外源基因與靶标基因在基因組不同位置，在突變後的水稻群體中，可篩選到不含外源基因的突變單株。

此前國内外科學家普遍認為因為镉不是水稻生長需要的元素，沒有吸收镉的專門通道；再者，稻米镉的積累經由镉的吸收、運輸與積累等複雜過程，涉及許多基因，即便發現有吸收镉的主效基因，但降镉的同時對産量構成重要影響，所以對培育出低镉雜交水稻存在很多疑惑。

但是近年來，通過從審定的常規稻、雜交水稻品種的大量篩選以及通過大規模常規育種，我們培育出了在中度镉污染土壤栽培籽粒镉低積累的水稻品種，湖南省農委已經發布了一批“應急性镉低積累水稻品種”。

應急性镉低積累水稻品種（圖片來自網絡）

但這些品種一旦種植在高镉污染稻區，其稻米镉往往會超過0.2mg/kg的國家标準。在研創出“低镉水稻”及其技術以前，培育高镉污染大田産出的稻米镉含量依然低于國家标準的雜交水稻品種，一直是育種界沒能突破的一個技術難題。

或許會有人有疑惑，親本去镉技術含轉基因成分嗎？其實，親本去镉技術雖然利用到了轉基因技術，但獲得的低镉水稻已經剔除了所有的外源基因，不含任何轉基因成分。

由于镉不是植物必需的礦質元素，一般我們認為，水稻并沒有特異性吸收镉的基因，水稻是通過吸收錳等必需礦質元素的通道順帶把镉吸收進根系的。

镉不是植物必需的礦質元素（圖片來自網絡）

以錳元素為例，低镉水稻在降低镉吸收的同時，會影響到錳的吸收。錳是植物必需的微量元素，維持水稻正常生長不需要大量的錳。由于水稻全生育期有大量時間處于淹水種植狀态，這種土壤條件下有效态錳含量高，一般種植條件下水稻的錳含量遠遠超過其正常生長發育的需求，而高于其他的農作物，且水稻進化出一系列的機制來解除體内的高錳含量帶來的毒害效應。

所以即使低镉水稻的錳含量大大降低，但正常栽培條件下，不會影響其生長和産量，且在稻米中有一定含量的錳元素。

目前，華占和隆科638S是籼型雜交水稻骨幹親本，在雜交稻生産中被廣泛用來配組，它們配組出的隆兩優華占是隆平高科的主推的高産、優質品種；近年在長江流域、華南稻區廣泛種植，年推廣面積達數百萬畝。

華占（圖片來自網絡）

低镉水稻還需要在不同生态和土壤條件下試驗和示範，以熟化成果；如果政策許可，2-3年後即可實現大面積應用，這種方法也可以嘗試延用到其他農作物，但需要試驗和鑒定。

低镉水稻在試驗、示範與推廣推進工作遇到的關鍵問題确實主要來自政策方面。目前農業部正在研究基因組編輯技術産生的農作物如何監管的管理辦法。在國家相關管理辦法出台前，低镉水稻暫隻能按照現行政策相關要求進行試驗。

本文主要素材由國家雜交水稻工程技術研究中心提供。

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