據(jù)統(tǒng)計，我國約有重度鎘污染耕地220萬畝，除湖南外，還分布在廣東、廣西、湖北和江西等地。2013年鎘大米事件被廣泛報道，對湖南等地糧食生產(chǎn)和銷售帶來巨大沖擊。但上述地區(qū)都休耕治理是不現(xiàn)實的，如何才能既確保糧食安全、農(nóng)民增產(chǎn)增收，又解決鎘大米問題？

 

    2015年，中國農(nóng)科院啟動了“我國南方地區(qū)稻米重金屬污染綜合防控”項目，集成中國農(nóng)科院環(huán)保所環(huán)境危害因子風(fēng)險評估團(tuán)隊等11個協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊、相關(guān)企業(yè)1年多研究，以及在湘潭等地大田試驗，初步確定典型重金屬污染區(qū)域主要鎘（Cd）污染特征和來源，發(fā)現(xiàn)影響水稻對鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵通道，發(fā)現(xiàn)微生物在鎘環(huán)境中能非?？焖龠m應(yīng)相關(guān)污染，并進(jìn)化出有效適應(yīng)機(jī)制等。

 

    找到水稻鎘來源和遷轉(zhuǎn)規(guī)律

 

    “國內(nèi)外對從土壤中移出鎘做了很多研究，比如用清洗、化學(xué)藥品中和等物理、化學(xué)和生物辦法，但都存在治理成本高、周期長等問題。”農(nóng)業(yè)部環(huán)保科研監(jiān)測所研究員劉仲齊說。

 

    劉仲齊形象地把傳統(tǒng)“從土壤中移出鎘”辦法比喻成西醫(yī)“動切除手術(shù)”。“其實，大家要的是達(dá)標(biāo)、安全的大米。即使農(nóng)田土壤鎘超標(biāo)，只要不進(jìn)入稻米中就行了，就像人可以‘帶著癌細(xì)胞’健康生活。我們采用類似中醫(yī)的辦法，像防止癌細(xì)胞病變一樣阻止環(huán)境中鎘進(jìn)入稻米。”

 

    想阻止鎘進(jìn)入稻米，就要找到鎘的來源和遷轉(zhuǎn)規(guī)律。據(jù)“我國南方地區(qū)稻米重金屬污染綜合防控”項目研究證實，大氣沉降、污水灌溉、土壤鎘本底值較高、肥料和農(nóng)藥等化學(xué)投入品等是稻米中鎘的主要來源。田間試驗發(fā)現(xiàn)，早稻品種遺傳背景對稻米鎘含量有極其顯著影響；晚稻灌漿期蒸發(fā)量大，稻米鎘超標(biāo)率更為嚴(yán)重，秋季耕層土壤中的鎘富集是導(dǎo)致晚稻鎘超標(biāo)的主因。耕地土壤中鎘含量處于動態(tài)變化中，受降雨量、灌溉、深層土壤中鎘含量等因素影響，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不能保證稻米質(zhì)量。

 

    在遷轉(zhuǎn)規(guī)律方面，研究首次發(fā)現(xiàn)，水稻體內(nèi)廣泛存在的非選擇性陽離子通道是影響大多數(shù)水稻品種鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵通道。

 

    “作物對元素的吸收存在多種通道。如鉀、鈣離子屬作物生長必需元素，它們有專門通道優(yōu)先進(jìn)入，這像高鐵、快速公交BRT；對于一些不是急需的元素，就從非選擇性陽離子通道進(jìn)入，這類似于公交車，鎘是作物不需要、甚至是有害的元素，它主要是搭了公交便車進(jìn)入植物體的。”劉仲齊說，陽離子通道對水稻幼苗根系鎘積累量的貢獻(xiàn)率為38.8—53.5%，對地上部分的鎘積累量貢獻(xiàn)率高達(dá)93.5%。

 

    研究和田間試驗還發(fā)現(xiàn)，水稻穗軸和旗葉是稻米鎘的直接來源，根系、葉鞘等營養(yǎng)器官是稻米鎘的間接來源。土壤中鎘含量與根系中鎘積累量高度線性相關(guān)，與稻米中鎘含量沒有顯著線性關(guān)系；大氣沉降通過增加葉片中的鎘，進(jìn)而顯著影響稻米中的鎘含量。

 

    葉面調(diào)理劑等抑制輸送通道活性

 

    “根據(jù)稻米生長特點，鎘來源和通道，我們需要做的是把鎘阻擋在穗軸和旗葉、葉鞘和根系等營養(yǎng)體中。”劉仲齊說。

 

    于是，項目組采用抑制水稻灌漿期陽離子共用通道活性為目標(biāo)的葉面調(diào)理劑。大田試驗證明，通過使用這些特定的葉面調(diào)理劑，能使晚稻中鎘含量下降30%—50%。

 

    此外，還研究出的高效吸附鎘離子微生物制劑、海泡石和坡縷石，使鎘不進(jìn)入作物根系。“我們從湘潭等地重金屬污染農(nóng)田中篩選得到耐鎘細(xì)菌和植物促生菌混合配比制成微生物制劑，還從貴州牛角塘地區(qū)的鎘鋅礦附件采集了約20份重度鎘污染的土壤樣品，發(fā)現(xiàn)一些可高效吸附鎘離子的微生物。這些微生物細(xì)胞表面有鎘離子結(jié)合蛋白，能直接鰲合吸附環(huán)境中的鎘離子，減少游離鎘離子量，以達(dá)到降低稻米中鎘離子的目的。結(jié)果表明，該微生物工程菌可吸附約60%的鎘離子。”劉仲齊說，來自生產(chǎn)廢渣的海泡石、坡縷石可顯著降低酸性稻田土壤中可溶性鎘含量，降幅達(dá)40%—70%，使中輕度鎘污染稻田生長的水稻糙米中鎘含量降低到0.2毫克/千克的國家標(biāo)準(zhǔn)。”劉仲齊說，這些原理和方法，不但對治理鎘有效，對其他重金屬污染治理也有借鑒和啟示作用。

 

    加工碾去高鎘蛋白

 

    中國農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工所副書記趙俊輝說，解決稻米鎘污染問題，除產(chǎn)業(yè)前端的土壤污染治理、低富集品種篩選、栽培灌溉技術(shù)治理外，還可根據(jù)稻米籽粒中鎘結(jié)合機(jī)理，通過脫鎘精加工，把稻米富集鎘部位去除，從而達(dá)到食品安全。

 

    “研究發(fā)現(xiàn)，淀粉占稻谷總營養(yǎng)物質(zhì)的73.34%，蛋白質(zhì)占7.89%。但淀粉結(jié)合總鎘的10.86%，蛋白質(zhì)結(jié)合54.81%，蛋白質(zhì)是稻米中鎘元素最重要的結(jié)合物質(zhì)，濃度約為淀粉的50倍，而球蛋白中鎘含量最高。”趙俊輝說，可采用不同碾米時間和精度降低鎘含量。研究表明，隨著碾米時間延長，大米中鎘含量降低，鎘含量低于0.288毫克/千克糙米通過碾米加工可獲達(dá)標(biāo)大米產(chǎn)品；也可通過淀粉提取，制作成米線、營養(yǎng)強(qiáng)化再造米等，降低鎘獲得安全食品。