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彭佳师教授与合作者联合提出“修复型水稻”新概念——兼顾粮食安全与重金属污染修复

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202659日,彭佳师教授合作者国际著名乳交期刊 Molecular Plant IF=24.1在线发表题为Kill two birds with one stone: breeding remediation-rice to fulfill safe food production and heavy metal remediation的论文,提出“修复型水稻”(remediation-rice)的概念与分子设计路径:通过遗传改良,实现水稻籽粒中重金属的超低积累,同时显著增强其非食用部位(如稻草)对重金属的选择性富集与稳定固持,在有效利用重金属中轻度污染耕地保障主粮安全生产的前提下,同步开展原位植物提取修复,为缓解耕地紧张并兼顾粮食安全生产与污染耕地修复提供了新思路。

全球14%17%的表层土壤受到重金属污染,其中镉的超标率最高,达到9.0%。镉等重金属也是我国农田土壤的主要无机污染物。一旦被作物吸收,重金属不仅会影响作物生长和产量形成,还会沿食物链向人体迁移,威胁人体健康。然而,重金属污染的高风险地区与水稻主要产区高度重叠,稻米已成为人群膳食重金属暴露的首要来源。在人均耕地资源稀缺的现实约束下,大量中轻度污染农田仍需持续承担水稻生产功能。因此,如何在维持水稻稳产、优产的同时,同步实现耕地重金属污染的生态化、低成本修复,已成为亟待解决的关键科学问题与技术挑战。

“修复型水稻”旨在最大限度地减少重金属在籽粒中的积累,以确保食品安全,同时最大限度地增加秸秆中的积累,从而修复受污染土壤中的重金属。这需要“修复型水稻”具有一定的重金属吸收、高效的向稻草中转运以及在稻草中实现重金属的固存。该研究提出了“修复型水稻”的分子设计策略(图1)。在根部,增强重金属的吸收和木质部装载,同时减少根细胞的液泡区隔;在节中,减少重金属从扩大的维管束(EVBs)通过薄壁细胞桥(PCB)向扩散维管束(DVBs)的转移,使重金属优先靶向稻叶而不是籽粒。在稻草中,通过将重金属隔离到液泡或细胞壁中进行解毒和区隔,同时防止重金属重新分配到籽粒中。

1“修复型水稻的示意图。

该研究提出的修复型水稻概念及其分子设计策略,为具有重金属污染风险农田的“边生产、边修复”提供了理论支撑与技术途径。在当前形势下,为推动突破中轻度重金属污染农田“保产”与“修复”难以兼顾的技术瓶颈,统筹耕地资源可持续利用、国家粮食安全战略与土壤污染防治提供了新思路。

我校乳交-乳交视频-乳交做爱 彭佳师教授武汉大学龚继明教授为论文共同通讯作者,龚继明教授为论文第一作者。湖南农业大学孟栓副教授和武汉大学王娅婷博士参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金和湖南省科技创新计划项目的资助。

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