水稻是占全球半数以上人口的重要的主食，也是重金属镉的主要暴露源，长期接触高浓度镉可能导致多种疾病。粳稻和籼稻是栽培稻两个亚种，前期研究显示，粳稻品种籽粒镉浓度普遍低于籼稻品种，籼粳水稻亚种在重金属镉积累上存在遗传差异。目前，针对籼稻和粳稻亚种间镉吸收、转运和积累的生理差异缺乏系统研究。
课题组在轻度、中度和重度三种不同镉污染水平下，分析籼粳亚种水稻植株中不同组织器官镉吸收、运转和积累的差异，比较籼稻和粳稻品种在营养和生殖阶段镉吸收的特点，研究籽粒中积累的镉与植株碳水化合物运输积累的关系。结果表明，参试粳稻组品种在土壤镉轻度和中度污染暴露条件下籽粒中镉没有超过我国谷物镉限量标准，而参试籼稻组品种在土壤轻度暴露时有约一半品种籽粒镉超标。
进一步机制研究发现，籼粳亚种品种对镉的积累差异主要是在开花后（生殖生长期），在不同镉污染水平下，生殖生长期籼稻镉吸收速率明显高于粳稻。在营养生长期和生殖生长期，籼稻镉吸收对籽粒中镉积累贡献率分别为33.8％和66.2％，粳稻分别为44.9％和55.1％。籼稻籽粒中镉含量与茎鞘中非结构性碳水化合物含量之间存在显著负相关，籼稻中镉向籽粒转运伴随养分转运同时发生。
研究结果揭示，可通过选择籼改粳或导入粳稻相关镉吸收运转和积累基因，以及在镉吸收积累关键时期结合灌溉等农艺措施降低水稻生产中籽粒镉污染风险，保障粮食生产安全。
该工作得到中科院先导专项、国家自然科学基金、中科院科技服务网络计划、安徽省科技重大专项等资助。
