大米镉超标，曾经是让许多人揪心的新闻。镉是一种重金属，广泛用于冶金、塑料、电子等行业，它通过废水进入河流沟渠，再随灌溉水污染农田。水稻是典型的“受害作物”，镉被根系吸收后，会在稻米中积累，长期食用镉超标的大米，会给人体健康带来潜在风险。

毛竹PeNRAMP5在降低镉积累的同时恢复锰营养吸收。（课题组供图）

如何让水稻“少吸镉”，一直是科学家们努力的方向。但这条路上有个难解的悖论：许多负责吸收镉的转运蛋白，同时也负责转运植物必需的铁、锰、锌等微量元素。降镉与保营养，似乎难以两全。

浙江农林大学邵继锋课题组经过多年研究，从毛竹中找到了突破口。他们发现，毛竹中的一个金属离子转运蛋白基因（天然抗性相关巨噬细胞蛋白5，简称PeNRAMP5），异源表达后能够显著减少水稻和拟南芥地上部分的镉含量，同时不影响锰营养。转基因水稻籽粒中的镉含量，仅为野生型的14.4%–21.0%。

这项研究成果于近日在线发表于《危险材料期刊》，论文题为《PeNRAMP5的功能表征揭示其在调控植物镉积累中的潜在作用》。浙江农林大学博士研究生杨凡为第一作者，邵继锋教授为通讯作者，黄林周副教授参与研究。

许多研究已鉴定出多个参与植物镉吸收与转运的关键基因，其中NRAMP5是首个被报道主要负责水稻根系镉吸收的基因。但邵继锋解释说，这类转运蛋白往往“一专多能”，同时承担铁、锰、锌等必需元素的转运。敲除水稻NRAMP5虽然能降低镉吸收，却会造成锰吸收缺陷等后果。研究组将目光投向毛竹中的PeNRAMP5–1/2基因，并把它们转入镉、锰吸收缺陷型水稻突变体（osnramp5）中进行异源表达。结果发现：转基因水稻恢复了根系对镉和锰的吸收能力，地上部和籽粒的锰积累也得到恢复；但镉向地上部的转运被显著抑制。最终，转基因株系籽粒镉含量仅为突变体的37.1%–53.9%，为野生型的14.4%–21.0%。在拟南芥中，PeNRAMP5–1/2转基因株系同样表现出“根部镉富集、地上部镉降低、锰吸收提升”的特征。暗示，该基因“降镉增锰”的功能在单子叶和双子叶植物中具有跨物种保守性。

奥秘藏在蛋白的“站位”里。为什么毛竹的PeNRAMP5能做到水稻OsNRAMP5做不到的事？研究团队进一步解析了蛋白的组织定位和元素分布，发现：水稻OsNRAMP5蛋白在根部呈极性分布（只分布在细胞的某一侧），而毛竹PeNRAMP5蛋白在毛竹和水稻根各类细胞的质膜上呈非极性分布（分布在细胞各个方向）。正是这种“站位”的不同，改变了镉和锰的命运。非极性分布促使根系吸收的镉大量滞留在根细胞液中，减少了镉向木质部的装载和向地上部的转运；而锰则可能借助水稻自身的外排转运蛋白比如金属耐受蛋白9完成向中柱的转运，经木质部输送至地上组织。最终实现了“地上降镉、增锰”的双重效果。

“我们认为，毛竹中的这个金属离子转运蛋白基因异源表达后，可有效助力水稻、拟南芥降镉，同时还能提升锰营养的吸收。”杨凡说，“我们的研究成果将为低镉农作物育种提供宝贵的基因资源。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.143779