镉作为造成我国农田土壤重金属污染主要元素之一，对于人类和植物的环境危害是众所周知的。在植物体内，镉是一种非必需元素，环境中低剂量的镉主要降低作物的品质从而影响食品安全，而环境中大量的镉则会影响植物的生长。因此，弄清楚植物在镉胁迫下响应的生理、遗传和分子机理对于提高作物品质和产量均有重要意义。　　水稻是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一，也是一种对镉积累相对较高的作物。为了研究水稻镉胁迫响应的机制，本研究利用数字基因表达谱(DigitalGene Expression Tag Profiling，DGE)分析了正常生长幼苗和镉处理幼苗的根和地上部基因表达差异。分析结果如下:在根和地上部分别鉴定了1619个和1093个镉响应差异表达基因。本文利用这些差异表达基因，构建了一个水稻幼苗根和地上部镉胁迫反应分子机制的基因调控网络，即在镉胁迫下，水稻幼苗根中的反应调控途径主要包括抗氧化系统，MAPK磷酸化途径，激素系统和重金属转运系统，而在水稻幼苗地上部的反应主要是蛋白质合成和胡萝卜素合成两大途径。　　其次，本文对117个镉胁迫响应的转运蛋白基因进行qRT-PCR验证，最终获得39个能验证的转运蛋白基因，然后以这些转运蛋白基因为基础，分别从功能缺失突变体，过表达材料和酵母中异源表达三个方面分析转运蛋白是否具有与镉相关的生物学功能。研究结果显示:Transporter4(OsZIP4)的缺失突变体糙米中镉含量比对照低;Transporter24(phospholipid-transportingATPase)过表达的4个株系糙米中镉含量均低于对照日本晴;Transporter4(OsZIP4)，Transporter23(phospholipid-transporting ATPase)和Transporter28(glutamate receptor)在酵母中异源表达均影响了镉的耐受性。　　最后，本文对镉胁迫响应基因OsZIP4和OsPDR7做了深入、系统的功能研究。OsZIP4的研究主要包括通过荧光定量技术发现此基因主要在营养生长时期的基部茎节和根中，生殖生长时期的节包括倒一节，倒二节中表达。利用Promoter-Gus实验证明此基因主要在植物不同组织的维管束中表达，包括根、胚芽鞘、茎、茎节和叶鞘等组织。亚细胞定位实验证明此蛋白定位于细胞膜。综上结果暗示此蛋白在维管束中可能具有转运功能。体外酵母实验显示此蛋白具有转运镉的能力，而Tos17插入缺失突变体的糙米中镉含量的降低揭示此蛋白在植物体内的确具有转运镉的能力。OsPDR7的研究主要包括利用cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA ends，RACE)确定OsPDR7的正义链和其反义链的全长cDNA，通过荧光定量技术分析此基因的表达模式发现此基因在水稻整个生育期均有较高的表达，而在各个时期的根和基部茎节中表达量较高。另外分析了OsPDR7缺失突变体糙米中锌和铁含量发现均比对照野生型的含量要高，所以推测此蛋白在植物体内具有转运锌和铁的功能。