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以大米为主食的人群通常镉摄入量略有超标，会对身体健康产生不利的影响。明确水稻不同基因型对重金属镉（Cd）胁迫的生理和分子响应机理，对镉的生态毒理评估具有重要作用，是解决农业重金属污染的有效策略。假设，锌的添加通过在根水平上与镉竞争，减少了水稻对镉的吸收和积累。本研究表明，耐镉水稻基因型通过独特的镉积累模式、锌（Zn）对镉毒性的抵消等分子生理机制获得耐镉性。
本论文在不同镉浓度Cd10（10μM）和Cd15（15μM）、锌浓度Zn25（25μM）和Zn50（50μM）以及锌镉混合的处理下进行水培实验，发现两个水稻基因型（Heizhan43和Yinni-801）的耐镉性和植物组织的镉积累不同。实验证实，与对照组相比，镉处理15天后，植株的株高、生物量、叶绿素含量和光合作用显著降低。本研究发现叶绿素含量和最大光化学效率（Fv/Fm）明显降低，而添加锌通过以基因型和Cd-Zn剂量依赖性方式，最小化叶绿素含量和光合特性的降低，明显缓解了镉对水稻的毒性。
与Heizhan-43相比，在锌镉混合处理下，Yinni-801的镉积累相对较低，表明其对锌的吸收选择性更强。Cd，Zn，Fe，Ca和K之间的互作与光合参数gs，Ci和Tr的波动有关。两个基因型在细胞膜、叶绿体的形态变化以及线粒体的外观上也具有显著差异。镉毒害引起渗植株透物质的增加和ROS动态平衡的紊乱，而锌的加入可以缓解这一现象。Yinni-801根部抗坏血酸过氧化物酶活性的增加是响应镉毒害的一种防御策略。不同基因型锌、镉离子通道的基因相对表达量可以解释基因型间表型的差异。在Yinni-801中，镉大量积累在地上部，且发育不良，而Heizhan-43中OsLCT1和OsHMA2的显著表达表明其自地上部至籽粒的镉转运可能与Yinni-801相反。荧光显微镜下观察结果显示，在Cd10, Cd15和Cd15+Zn50处理条件下根部细胞受损伤更为严重。在Yinni-801中，加入锌处理可以缓解镉毒害，可能通过对镉转运基因的差异表达调控来维持正常生理功能。利用MIFE技术在Cd100(100μM)和Zn50(50μM)处理下对植株Cd2+和Ca2+离子流进行检测，结果表明Cd2+损伤了Ca2+的吸收，而Zn2+则与Cd2+和Ca2+的吸收均具有竞争性，从而改变了水稻植株的离子稳态。
此外，本研究利用转录组测序对复杂的Cd/Zn互作的分子机制进行研究，共发现14,038个差异表达基因（DEGs），其中31.4%为新基因,包括转运相关、胁迫响应、解毒作用以及转录因子等相关基因。与对照组相比，Cd15和Cd15+Zn50处理下有分别有1,512和3,423个功能基因显著差异表达，其中1,016个差异表达基因为两个处理间共有。Cd15+Zn50处理下，Yinni-801有一个胁迫诱导蛋白差异表达极为显著，可能在锌减轻镉毒害的过程中具有独特作用。Yinni-801中锌转运体的表达量与Heizhan-43相比显著上调其他金，而属它离子转运体，如ABC转运体基因MRPs和PDRs，高亲和钾离子转运体基因HAKs，以及解毒作用相关基因如谷胱甘肽-S-转移酶基因GSTs和过氧化物酶基因PODs均显著上调。金属螯合剂如金属硫蛋白的表达在处理后的两个基因型中均显著增加。金属相关的功能基因，如液泡膜铁转运体基因VIT2，铜转运体和转录因子基因bZIP在Cd15处理后显著差异表达，但在Cd15+Zn50处理下并无差异。胁迫响应基因，如脱落酸诱导成熟基因ASR，热激蛋白基因HSPs在处理后的两个水稻基因型中均显著上调表达。同时，其他转录因子如WRKY，bHLH(basic helix-loop-helix)，AP2/ERF(Apetala ethylene responsive element binding protein)，MYB，NAM以及锌指蛋白在重金属胁迫处理下受到调控，在镉和锌的动态平衡中具有重要作用。
本论文的结果证实了先前的研究，这些研究表明Cd/Zn相互作用可能是拮抗的或协同的，具体取决于植物物种、处理剂量和处理持续时间。综上，外源施加锌可以抑制水稻对镉的吸收，减少活性氧的产生，抑制氧化胁迫以及镉诱导的基因差异表达。实验结果表明，Yinni-801在锌与低浓度镉混合处理条件下的耐镉性优于Heizhan-43，所以运用锌来缓解镉毒害可作为镉毒害下提高水稻产量的一个解决方案。
本论文在不同镉浓度Cd10（10μM）和Cd15（15μM）、锌浓度Zn25（25μM）和Zn50（50μM）以及锌镉混合的处理下进行水培实验，发现两个水稻基因型（Heizhan43和Yinni-801）的耐镉性和植物组织的镉积累不同。实验证实，与对照组相比，镉处理15天后，植株的株高、生物量、叶绿素含量和光合作用显著降低。本研究发现叶绿素含量和最大光化学效率（Fv/Fm）明显降低，而添加锌通过以基因型和Cd-Zn剂量依赖性方式，最小化叶绿素含量和光合特性的降低，明显缓解了镉对水稻的毒性。
与Heizhan-43相比，在锌镉混合处理下，Yinni-801的镉积累相对较低，表明其对锌的吸收选择性更强。Cd，Zn，Fe，Ca和K之间的互作与光合参数gs，Ci和Tr的波动有关。两个基因型在细胞膜、叶绿体的形态变化以及线粒体的外观上也具有显著差异。镉毒害引起渗植株透物质的增加和ROS动态平衡的紊乱，而锌的加入可以缓解这一现象。Yinni-801根部抗坏血酸过氧化物酶活性的增加是响应镉毒害的一种防御策略。不同基因型锌、镉离子通道的基因相对表达量可以解释基因型间表型的差异。在Yinni-801中，镉大量积累在地上部，且发育不良，而Heizhan-43中OsLCT1和OsHMA2的显著表达表明其自地上部至籽粒的镉转运可能与Yinni-801相反。荧光显微镜下观察结果显示，在Cd10, Cd15和Cd15+Zn50处理条件下根部细胞受损伤更为严重。在Yinni-801中，加入锌处理可以缓解镉毒害，可能通过对镉转运基因的差异表达调控来维持正常生理功能。利用MIFE技术在Cd100(100μM)和Zn50(50μM)处理下对植株Cd2+和Ca2+离子流进行检测，结果表明Cd2+损伤了Ca2+的吸收，而Zn2+则与Cd2+和Ca2+的吸收均具有竞争性，从而改变了水稻植株的离子稳态。
此外，本研究利用转录组测序对复杂的Cd/Zn互作的分子机制进行研究，共发现14,038个差异表达基因（DEGs），其中31.4%为新基因,包括转运相关、胁迫响应、解毒作用以及转录因子等相关基因。与对照组相比，Cd15和Cd15+Zn50处理下有分别有1,512和3,423个功能基因显著差异表达，其中1,016个差异表达基因为两个处理间共有。Cd15+Zn50处理下，Yinni-801有一个胁迫诱导蛋白差异表达极为显著，可能在锌减轻镉毒害的过程中具有独特作用。Yinni-801中锌转运体的表达量与Heizhan-43相比显著上调其他金，而属它离子转运体，如ABC转运体基因MRPs和PDRs，高亲和钾离子转运体基因HAKs，以及解毒作用相关基因如谷胱甘肽-S-转移酶基因GSTs和过氧化物酶基因PODs均显著上调。金属螯合剂如金属硫蛋白的表达在处理后的两个基因型中均显著增加。金属相关的功能基因，如液泡膜铁转运体基因VIT2，铜转运体和转录因子基因bZIP在Cd15处理后显著差异表达，但在Cd15+Zn50处理下并无差异。胁迫响应基因，如脱落酸诱导成熟基因ASR，热激蛋白基因HSPs在处理后的两个水稻基因型中均显著上调表达。同时，其他转录因子如WRKY，bHLH(basic helix-loop-helix)，AP2/ERF(Apetala ethylene responsive element binding protein)，MYB，NAM以及锌指蛋白在重金属胁迫处理下受到调控，在镉和锌的动态平衡中具有重要作用。
本论文的结果证实了先前的研究，这些研究表明Cd/Zn相互作用可能是拮抗的或协同的，具体取决于植物物种、处理剂量和处理持续时间。综上，外源施加锌可以抑制水稻对镉的吸收，减少活性氧的产生，抑制氧化胁迫以及镉诱导的基因差异表达。实验结果表明，Yinni-801在锌与低浓度镉混合处理条件下的耐镉性优于Heizhan-43，所以运用锌来缓解镉毒害可作为镉毒害下提高水稻产量的一个解决方案。