鎘低積累水稻品種的氮吸收、光合作用及產(chǎn)量穩(wěn)定性評估

瀏覽次數(shù)：877　發(fā)布日期：2025-2-10　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

原文以Reducing cadmium uptake without compromising nitrogen uptake, photosynthesis, or yield in low-Cd hybrid rice為標(biāo)題發(fā)表在Field Crops Research上
作者 | 紀(jì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fā)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(chǎn)物分配、稻谷產(chǎn)量以及氮素吸收和利用效率方面的差異。研究結(jié)果為鎘低積累水稻品種的高產(chǎn)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(guī)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(yè)生產(chǎn)、化肥和農(nóng)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(yán)重問題。水稻是亞洲地區(qū)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(dá)標(biāo)水稻的生產(chǎn)。為了減少水稻中的鎘濃度，研究者們開發(fā)了多種技術(shù)和方法，如使用抑制劑和化學(xué)處理等。然而，培育鎘低積累水稻品種被認(rèn)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(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)示意（圖源/springer）

其中，與水稻中鎘積累密切相關(guān)的基因之一是Nramp5，它屬于自然抗性相關(guān)巨噬細(xì)胞蛋白（NRAMP）家族，OsNRAMP5編碼的蛋白質(zhì)是鎘、錳、鉛和鈷等元素的主要轉(zhuǎn)運(yùn)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(shù)從其野生型對照品種Zhenliangyou8612（ZLY8612）開發(fā)而成，旨在誘導(dǎo)OsNRAMP5基因突變。該品種已在湖南省成功大規(guī)模種植，并顯著降低了鎘的吸收。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證OsNRAMP5突變對水稻生長和產(chǎn)量的影響，研究者們進(jìn)行了為期兩年的田間和盆栽實(shí)驗(yàn)，使用了鎘污染土壤并設(shè)定了四種不同的氮處理?xiàng)l件。在實(shí)驗(yàn)中，研究者們測量了鎘吸收、光合作用、生物量和產(chǎn)量等關(guān)鍵參數(shù)，并通過¹⁵N同位素追蹤評估了氮的吸收和利用效率。

研究結(jié)果表明，在兩年的田間實(shí)驗(yàn)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(fā)生了突變，L-Cd ZLY8612的氮吸收和利用效率與ZLY8612相當(dāng)，且其光合作用特性、干物質(zhì)積累和糧食產(chǎn)量并未出現(xiàn)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(chǎn)量穩(wěn)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(chǎn)量的穩(wěn)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(tǒng)在本研究中的作用
使用LI-6800便攜式光合熒光測量系統(tǒng)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(dǎo)度gsw。光強(qiáng)設(shè)置為1600 μmol m⁻² s⁻¹。測量時的葉片溫度為27-30℃，環(huán)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(xì)測量方法請參照Chang等（2016）論文中使用的方法。