鎘低積累水稻品種的氮吸收、光合作用及產量穩定性評估
作者 | 紀美娜等
2025年1月18日，湖南雜交水稻中心/雜交水稻全國重點實驗室的常碩其研究員與毛畢剛研究員合作在《Field Crops Research》期刊上發表了題為《Reducing cadmium uptake without compromising nitrogen uptake, photosynthesis, or yield in low-Cd hybrid rice》的研究論文。該研究主要探討了L-Cd ZLY8612與野生型（ZLY8612）在凈光合速率、各器官光合產物分配、稻谷產量以及氮素吸收和利用效率方面的差異。研究結果為鎘低積累水稻品種的高產栽培提供了理論支持，也為鎘低積累水稻品種的氮素管理策略和大規模推廣提供了有價值的參考。
鎘（Cd）污染的稻田土壤，源于采礦、冶煉、工業生產、化肥和農藥使用以及大氣沉降，已成為威脅糧食安全和人類健康的嚴重問題。水稻是亞洲地區人群鎘攝入的主要來源。在我國南方，稻田土壤中的鎘污染，顯著影響了達標水稻的生產。為了減少水稻中的鎘濃度，研究者們開發了多種技術和方法，如使用抑制劑和化學處理等。然而，培育鎘低積累水稻品種被認為是最有效的解決途徑。
土壤-植物（水稻）屏障及其對有毒元素進入食物鏈的風險示意（圖源/springer）
其中，與水稻中鎘積累密切相關的基因之一是Nramp5，它屬于自然抗性相關巨噬細胞蛋白（NRAMP）家族，OsNRAMP5編碼的蛋白質是鎘、錳、鉛和鈷等元素的主要轉運蛋白。低鎘水稻品種L-Cd ZLY8612是通過重離子誘變和M1代靶向高通量測序（M1TDS）技術從其野生型對照品種Zhenliangyou8612（ZLY8612）開發而成，旨在誘導OsNRAMP5基因突變。該品種已在湖南省成功大規模種植，并顯著降低了鎘的吸收。
為了進一步驗證OsNRAMP5突變對水稻生長和產量的影響，研究者們進行了為期兩年的田間和盆栽實驗，使用了鎘污染土壤并設定了四種不同的氮處理條件。在實驗中，研究者們測量了鎘吸收、光合作用、生物量和產量等關鍵參數，并通過15N同位素追蹤評估了氮的吸收和利用效率。
研究結果表明，在兩年的田間實驗中，L-Cd ZLY8612的谷物中的平均鎘濃度比對照品種ZLY8612低73.4%。盡管OsNRAMP5基因發生了突變，L-Cd ZLY8612的氮吸收和利用效率與ZLY8612相當，且其光合作用特性、干物質積累和糧食產量并未出現顯著差異。這表明，L-Cd ZLY8612能夠有效減少鎘積累，同時不影響氮吸收和產量穩定性。
因此，種植鎘低積累水稻品種，如L-Cd ZLY8612，不僅是減輕稻田土壤鎘污染的有效策略，同時還能保證水稻產量的穩定性，這對解決鎘污染土壤的水稻種植問題具有重要意義。
LI-6800便攜式光合熒光測量系統在本研究中的作用
使用LI-6800便攜式光合熒光測量系統測量旗葉的凈光合速率A、蒸騰速率E、胞間二氧化碳濃度Ci和氣孔導度gsw。光強設置為1600 μmol m−2 s−1。測量時的葉片溫度為27-30℃，環境CO2濃度分別為400 ppm。每個品種在晴天的9:00-11:30之間測量10次。詳細測量方法請參照Chang等（2016）論文中使用的方法。
原文中的主要數據圖表
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