一种能“吃”重金属的玉米

科技日报, 2012-04-02

看上去和普通玉米没什么两样，然而这种叫做“超甜38”的特殊玉米却能将土壤中的重金属元素吸收到茎和叶中，对果实的影响也很小。在刚刚揭晓的2011年度广东省科学技术奖自然科学类一等奖中，由华南理工大学环境科学与工程学院院长党志主持的项目“污染物在土壤中的环境化学行为与修复机理研究”名列其中，而这棵“超甜38”玉米，就是这个生物无机化学研究国际前沿课题应用于污染土壤修复的成功范例。

党志介绍，利用植物修复污染土壤起始于上世纪90年代，西方发达国家主要采用超累积的草本植物对污染土地进行集中治理，但这条路在我国行不通，因为中国人多地少，必须探索一条既能修复污染土壤，又能保证农民收益的新路。

项目组针对镉污染是广东最主要的重金属污染的现状，从基础研究入手，逐步筛选到一系列降解效果明显优于文献报道的典型有机污染物高效降解菌株，开发出修复有机物污染土壤的微生物专利菌剂及修复重金属—有机物复合污染的“边生产—边修复”技术。从2006年开始，他们通过反复试验比对，从20多个玉米品种中最终筛选出“超甜38”并 在广州市白云区某蔬菜基地进行了示范应用，两年的示范种植取得了良好的修复效应。

据了解，该项目作为基础研究课题主要针对金属酶模拟研究。项目组系统研究了土壤中重金属和有机污染物的环境化学行为及修复机理，目前取得的主要创新性成果包括：1.创建了金属酶模型物的构建新方法。将功能化的环糊精与金属配合物催化剂组装成超分子金属酶模型物，实现了对金属酶活性中心、微环境及亚稳态结构的多重模拟，被认为是一种概念性的简化解决方案。2.创造性设计合成了一系列功能型多吡啶配体，研究了其金属配合物与DNA作用机制。发现以DNA拓扑异构酶和端粒酶为靶标具有高抗肿瘤活性的钌(II)多吡啶配合物。首次应用密度泛函等计算方法，揭示传统生物学难以发现的新规律，为合理设计和寻找有效的治疗药物提供了理论指导。3.建立和发展了有机杂化金属酶模型物。通过把具有静电、疏水、氢键等弱相互作用的有机基团作为金属酶模型物辅基，大幅增强了模型物的生物功能，通过辅基调控，模型物实现了酶的部分选择性。4.直接开展对相关天然金属酶的功能化改造。对天然辣根过氧化物酶进行化学修饰，探明了其催化性能改善的分子机制，创造性提出金属离子调控细胞的代谢途径，技术成果实现了产业化。

该项目提出了金属酶模型物构建的新策略，发现了模型物功能化的新方法，获得了作用机制和规律性的新认识，促进了无机化学与生命医药等学科的交叉发展，在化学国际权威刊物，如J Am Chem Soc, Chem Eur J, Inorg Chem, Dalton Trans, J Inorg Biochem, J Biol Inorg Chem等发表SCI收录学术论文193篇，被SCI论文他人引用2269次，应邀在国际会议作特邀及大会报告17次。

该项目研究还培养了一支从事环境土壤化学和污染土壤修复技术研究的高素质队伍，项目期间，2人获国家杰出青年基金。

党志表示，目前土壤污染已成为制约现代农业健康持续发展的瓶颈，对已污染的土壤进行修复是保障农产品安全必须首先解决的关键问题。作为一项基础研究，能直接与关系民生食品安全结合起来，并取得一定的推广示范效应，突显明显的学术推动作用，他感到十分欣慰。