镉低积累水稻品种的氮吸收、光合作用及产量稳定性评估
作者 | 纪美娜等
2025年1月18日，湖南杂交水稻中心/杂交水稻全国重点实验室的常硕其研究员与毛毕刚研究员合作在《Field Crops Research》期刊上发表了题为《Reducing cadmium uptake without compromising nitrogen uptake, photosynthesis, or yield in low-Cd hybrid rice》的研究论文。该研究主要探讨了L-Cd ZLY8612与野生型（ZLY8612）在净光合速率、各器官光合产物分配、稻谷产量以及氮素吸收和利用效率方面的差异。研究结果为镉低积累水稻品种的高产栽培提供了理论支持，也为镉低积累水稻品种的氮素管理策略和大规模推广提供了有价值的参考。
镉（Cd）污染的稻田土壤，源于采矿、冶炼、工业生产、化肥和农药使用以及大气沉降，已成为威胁粮食安全和人类健康的严重问题。水稻是亚洲地区人群镉摄入的主要来源。在我国南方，稻田土壤中的镉污染，显著影响了达标水稻的生产。为了减少水稻中的镉浓度，研究者们开发了多种技术和方法，如使用抑制剂和化学处理等。然而，培育镉低积累水稻品种被认为是最有效的解决途径。
土壤-植物（水稻）屏障及其对有毒元素进入食物链的风险示意（图源/springer）
其中，与水稻中镉积累密切相关的基因之一是Nramp5，它属于自然抗性相关巨噬细胞蛋白（NRAMP）家族，OsNRAMP5编码的蛋白质是镉、锰、铅和钴等元素的主要转运蛋白。低镉水稻品种L-Cd ZLY8612是通过重离子诱变和M1代靶向高通量测序（M1TDS）技术从其野生型对照品种Zhenliangyou8612（ZLY8612）开发而成，旨在诱导OsNRAMP5基因突变。该品种已在湖南省成功大规模种植，并显著降低了镉的吸收。
为了进一步验证OsNRAMP5突变对水稻生长和产量的影响，研究者们进行了为期两年的田间和盆栽实验，使用了镉污染土壤并设定了四种不同的氮处理条件。在实验中，研究者们测量了镉吸收、光合作用、生物量和产量等关键参数，并通过15N同位素追踪评估了氮的吸收和利用效率。
研究结果表明，在两年的田间实验中，L-Cd ZLY8612的谷物中的平均镉浓度比对照品种ZLY8612低73.4%。尽管OsNRAMP5基因发生了突变，L-Cd ZLY8612的氮吸收和利用效率与ZLY8612相当，且其光合作用特性、干物质积累和粮食产量并未出现显著差异。这表明，L-Cd ZLY8612能够有效减少镉积累，同时不影响氮吸收和产量稳定性。
因此，种植镉低积累水稻品种，如L-Cd ZLY8612，不仅是减轻稻田土壤镉污染的有效策略，同时还能保证水稻产量的稳定性，这对解决镉污染土壤的水稻种植问题具有重要意义。
LI-6800便携式光合荧光测量系统在本研究中的作用
使用LI-6800便携式光合荧光测量系统测量旗叶的净光合速率A、蒸腾速率E、胞间二氧化碳浓度Ci和气孔导度gsw。光强设置为1600 μmol m−2 s−1。测量时的叶片温度为27-30℃，环境CO2浓度分别为400 ppm。每个品种在晴天的9:00-11:30之间测量10次。详细测量方法请参照Chang等（2016）论文中使用的方法。
原文中的主要数据图表
