陳院華，李建國(guó)，楊 濤，謝 杰，魏林根，呂貴芬*，陳文姬

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330200； 2.江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西 南昌 330077)

水稻品種鎘積累特征及相關(guān)性研究

陳院華1，李建國(guó)1，楊 濤1，謝 杰1，魏林根1，呂貴芬1*，陳文姬2

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330200； 2.江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西 南昌 330077)

選取22個(gè)早稻和15個(gè)晚稻品種進(jìn)行大田試驗(yàn)，研究了不同水稻品種對(duì)Cd的積累特征及相關(guān)性。結(jié)果表明：成熟期水稻不同部位Cd積累量大小依次為根系>莖葉>稻殼>糙米，Cd主要集中在水稻的根部。水稻糙米Cd含量與稻殼的Cd含量相關(guān)性不顯著，與根系、莖葉中的Cd含量相關(guān)性可能與水稻生長(zhǎng)環(huán)境因素有關(guān)。與早稻相比，晚稻對(duì)環(huán)境Cd具有更強(qiáng)的吸收積累能力，且晚稻所有供試品種的糙米Cd含量均超過(guò)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

水稻；鎘；積累；特征；相關(guān)性

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加速和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,重金屬污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻,水稻生產(chǎn)受重金屬鎘污染的影響也日益加劇,嚴(yán)重威脅著糧食生產(chǎn)和食品安全。研究表明，水稻具有大量吸鎘的特性，有時(shí)生長(zhǎng)并未受到影響，但糙米的含鎘量卻已超過(guò)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍，甚至10多倍[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外在Cd污染對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響、不同水稻品種對(duì)Cd的吸收與分配的差異、Cd的積累差異和機(jī)理研究等方面進(jìn)行了較多的研究[2-16]，但大多數(shù)研究結(jié)果都是在條件相對(duì)穩(wěn)定的盆栽試驗(yàn)中獲得，而在大田環(huán)境下探討水稻品種鎘積累特征及相關(guān)性研究較少。本研究在江西省貴溪市某Cd污染區(qū)開(kāi)展大田試驗(yàn)，探討了22個(gè)早稻和15個(gè)晚稻品種對(duì)Cd的積累及相關(guān)性研究，為篩選Cd污染農(nóng)田安全水稻品種提供理論依據(jù)，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)點(diǎn)位于江西省貴溪市某Cd污染區(qū)，土壤的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1，具體測(cè)定方法參見(jiàn)土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[17]。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

注：CNEQS為國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618─1995)。

土壤中Cd的全量測(cè)定采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解法，測(cè)定值為0.41 mg/kg，是國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618─1995)[18](0.30 mg/kg)(pH<6.5)的1.37倍。選用37個(gè)水稻品種進(jìn)行試驗(yàn)(表2)，其中：早稻品種22個(gè)，晚稻品種15個(gè)，部分為市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)，部分為江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供。

表2 供試水稻品種

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)收集的水稻品種，進(jìn)行早稻和晚稻大田的種植，種植密度為13.33 cm×23.33 cm，田間栽培管理按大田常規(guī)措施進(jìn)行。供試早稻品種于2016年3月25日播種，4月27日進(jìn)行水稻移栽，于2016年7月20日進(jìn)行成熟期收割采樣；供試晚稻品種于2016年6月25日播種，7月27日進(jìn)行水稻移栽，10月28日進(jìn)行成熟期收割采樣。

每個(gè)水稻品種小區(qū)面積約20 m2(5 m×4 m)，每個(gè)處理采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理四周均種植行與本樣方內(nèi)水稻品種相同的水稻作為保護(hù)行。

1.3 植物樣品分析

將采集的水稻樣品，先用自來(lái)水小心洗凈根系泥土，然后用超純水清洗整個(gè)植株，用吸水紙吸干表面水分，將植株根系、莖葉分離，105 ℃殺青20 min，70 ℃烘至恒重，粉碎后過(guò)100目篩。稻谷樣品風(fēng)干，然后按農(nóng)業(yè)部頒布標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 83─1988)[19]米質(zhì)測(cè)定方法出糙，將分離開(kāi)的糙米和稻殼在70 ℃烘至恒重，磨碎過(guò)100目篩。樣品稱(chēng)重0.3000～0.5000 g，加10 mL硝酸-高氯酸混合液(9+1)消解，超純水定容，用原子吸收光譜儀-石墨爐法(PinAAcle900T)測(cè)定溶液中Cd的含量，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 07603(GSV-2)進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻不同部位Cd的分布積累

水稻不同部位Cd的分布積累情況見(jiàn)表3，由表3可知，成熟期37個(gè)水稻品種根系的Cd含量均顯著高于其他部位，表明水稻根系有較強(qiáng)的鎘吸附能力，且Cd主要集中在水稻的根部，這與唐非等[16]試驗(yàn)結(jié)論一致。

水稻不同部位積累Cd的大小依次為根系>莖葉>稻殼>糙米，而且不同的品種間含量存在一定的差異，特別是在早稻和晚稻2個(gè)品種類(lèi)型之間差異更加明顯。早稻品種成熟期根系、莖葉、稻殼、糙米中Cd含量分別為0.77～2.75、0.57～1.57、0.36～0.87、0.04～0.07 mg/kg。晚稻品種成熟期的根系、莖葉、稻殼、糙米中Cd含量分別為1.82～4.91、1.37～2.23、0.44～0.76、0.21～0.33 mg/kg。不同的基因型水稻品種，根系及莖葉中Cd累積量差異較大，稻殼中Cd含量差異不大，但糙米中Cd含量在早稻和晚稻2個(gè)類(lèi)型品種之間差異較明顯，而早稻品種之間和晚到品種之間差異不大。供試早稻品種糙米Cd含量全部低于《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB 2762─2012)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2 mg/kg，而供試的晚稻品種糙米Cd含量全部超出《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB 2762─2012)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2 mg/kg，具體見(jiàn)圖1和圖2。這些研究數(shù)據(jù)表明，水稻生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)Cd的吸收及運(yùn)輸分布積累，除受水稻基因類(lèi)型控制之外，外界生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)水稻根系吸附Cd及在植株體內(nèi)運(yùn)輸積累有較大影響[19-20]。

從水稻植株各部位Cd的分布積累量來(lái)看，水稻吸收的Cd分配到糙米中的比例較低，糙米中Cd的含量?jī)H為水稻植株Cd總量的0.83%～7.67%。綜合22種早稻品種和15種晚稻品種來(lái)看，水稻糙米、稻殼、莖葉、根系Cd含量之間差異顯著(P=0.000<0.05)，且不同品種之間也存在一定的差異。說(shuō)明水稻體內(nèi)的阻控機(jī)制能夠有效調(diào)控根系和葉片中Cd向籽粒內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，這與文志琦等[21]研究結(jié)果一致。

表3 成熟時(shí)期水稻不同部位對(duì)Cd的積累

圖1 不同早稻品種糙米Cd含量

2.2 糙米與水稻其他部位Cd含量的相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)水稻糙米中Cd含量與其他部位中Cd含量相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5中的線性方程。

圖2 不同晚稻品種糙米Cd含量

綜合22個(gè)早稻和15個(gè)晚稻品種進(jìn)行分析(圖3)，水稻糙米Cd含量與莖葉、根系的Cd含量間都達(dá)到極顯著正相關(guān)，P值分別為0.0000、0.0000(P<0.01)，與稻殼的Cd含量相關(guān)性不顯著，P值為0.2079(P>0.05)。說(shuō)明水稻在生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)根系吸收的Cd能通過(guò)莖葉傳輸?shù)剿咀蚜Ｖ校S著根系中Cd含量的增加，莖葉中和籽粒中Cd的含量也明顯增加，但增加的數(shù)量因品種而異。根系吸收的Cd通過(guò)莖葉傳輸?shù)降練ぶ械腃d含量與根系中Cd含量相關(guān)性不大，P值為0.2079(P>0.05)，可能稻殼生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)Cd的積累有一定的飽和或阻隔機(jī)制。

但是分別從22個(gè)早稻品種和15個(gè)晚稻品種來(lái)看(圖4和圖5)，早稻糙米Cd含量與其根系、莖葉、稻殼中的Cd含量無(wú)相關(guān)性，P值分別為0.7736、0.1130、0.5695(P>0.05)，晚稻糙米Cd含量與其根系、莖葉、稻殼中的Cd含量也無(wú)相關(guān)性，P值分別為0.6732、0.4924、0.0789(P>0.05)。這說(shuō)明水稻生長(zhǎng)環(huán)境能夠影響水稻根系吸收的Cd向籽粒轉(zhuǎn)移。

圖3 糙米與22個(gè)早稻和15個(gè)晚稻不同部位Cd含量的線性關(guān)系

圖4 糙米與22個(gè)早稻不同部位Cd含量的線性關(guān)系

3 結(jié)論

(1)水稻的不同部位對(duì)Cd的吸收和積累存在差異，大小依次為根系>莖葉>稻殼>糙米，Cd主要集中在水稻的根部。水稻糙米Cd含量與稻殼的Cd含量相關(guān)性不顯著，與根系、莖葉中的Cd含量相關(guān)性可能與水稻生長(zhǎng)環(huán)境因素有關(guān)。

圖5 糙米與15個(gè)晚稻不同部位Cd含量的線性關(guān)系

(2)與早稻相比，晚稻對(duì)環(huán)境Cd具有更強(qiáng)的吸收積累能力，且晚稻所有品種的糙米Cd含量均超過(guò)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 徐燕玲,陳能場(chǎng),徐勝光,等.低鎘累積水稻品種的篩選方法研究：品種與類(lèi)型[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(7):1346-1352.

[2] 王凱榮.鎘對(duì)不同基因型水稻生長(zhǎng)毒害影響的比較研究[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,1996,12(3)：18-23.

[3] Cheng W D, Zhang G P, Yao H G. The difference in growth and four microelement concentrations between two rice genotypes differing in grain cadmium accumulating capacity[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2004, 6(3):416-424.

[4] 楊春剛,朱智偉,章秀福,等.重金屬鎘對(duì)水稻生長(zhǎng)影響和礦質(zhì)元素代謝的關(guān)系[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(11)：176-178,192.

[5] Ge C L, Wang Z G, Wan D Z. Proteomic study for responses to cadmium stress in rice seedlings[J]. Rice Science, 2009, 16(1): 33-44.

[6] Huang H, Xiong Z T, Li M J, et al. Effect of cadmium and herbicides on the growth, chlorophyll and soluble sugar content in rice seedlings[J]. Wuhan University Journal of Natural Sciences, 2006, 11(3): 742-748.

[7] 趙熊,李福燕,張東明,等.水稻土鎘污染與水稻鎘含量相關(guān)性研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(11)：2236-2240.

[8] 莫爭(zhēng),王春霞,陳琴,等.重金屬Cu,Pb,Zn,Cr,Cd在水稻植株中的富集和分布[J].環(huán)境化學(xué),2002,21(2)：110-116.

[9] 周鴻凱,何覺(jué)民,陳小麗,等.大田生產(chǎn)條件下不同品種水稻植株中鎘的分布特點(diǎn)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2010,29(2)：229-234.

[10] 馮文強(qiáng),涂仕華,秦魚(yú)生,等.水稻不同基因型對(duì)鉛鎘吸收能力差異的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(2)：447-451.

[11] 李坤權(quán),劉建國(guó),陸小龍,等.水稻不同品種對(duì)鎘吸收及分配的差異[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2003,22(5):529-532.

[12] 吳啟堂,陳盧,王廣壽.水稻不同品種對(duì)吸收Cd積累的差異和機(jī)理研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1999,19(1):104-107.

[13] 楊春剛,廖西元,章秀福,等.不同基因型水稻籽粒對(duì)鎘積累的差異[J].中國(guó)水稻科學(xué),2006,20(6):660-662.

[14] 曾翔,張玉燭,王凱軍,等.不同品種水稻糙米含鎘量差異[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2006,22(1):69-69.

[15] 王林友,竺朝娜,王建軍,等.水稻鎘、鉛、砷低含量基因型的篩選[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012,24(1):133-138.

[16] 唐非,雷鳴,唐貞,楊仁斌,等.不同水稻品種對(duì)鎘的積累及其動(dòng)態(tài)分布[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,32(6):1092-1098.

[17] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,2000：325-336.

[18] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB 15618—1995[S].

[19] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部.米質(zhì)測(cè)定方法NY/T 83—1988 [S].

[20] 陳桂芬，雷靜，黃雁飛,等.廣西稻田鎘污染狀況及硅對(duì)稻米鎘的消減作用[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,46(5):772-776.

[21] 文志琦，趙艷玲，崔冠男，等.水稻營(yíng)養(yǎng)器官鎘積累特性對(duì)稻米鎘含量的影響[J].植物生理學(xué)報(bào)，2015,51(8):1280-1286.

(責(zé)任編輯：曾小軍)

Research on Accumulation Characteristic and Correlation of Cadmium in Various Rice Varieties

CHEN Yuan-hua1, LI Jian-guo1, YANG Tao1, XIE Jie1, WEI Lin-gen1, LV Gui-fen1*, CHEN Wen-ji2

(1. Institute of Soil and Fertilizer & Resource and Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System for Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture, Nanchang 330200, China; 2. Jiangxi Academy of Environmental Protection Sciences, Nanchang 330077, China)

Field experiment was conducted to investigate the accumulation characteristics and correlation of cadmium (Cd) in 22 early rice varieties and 15 late rice varieties. The results showed that the accumulation of Cd in various parts of rice plants at maturing stage was in the order: root > leaf and stem > rice husk > brown rice, namely Cd was mainly concentrated in the roots of rice. The correlation between Cd content in brown rice and Cd content in rice husk was not significant, and the correlation between Cd content in brown rice and Cd contents in root, stem and leaf might be related to the environmental factors of rice growth. Late rice had a stronger ability to absorb and accumulate the environmental Cd than early rice, and the Cd contents in brown rice of all tested late rice varieties exceeded the limit of the national food safety standards.

Rice; Cadmium; Accumulation; Characteristic; Correlation

2017-05-17

江西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“江西重金屬中輕度污染農(nóng)田稻米綠色高效生產(chǎn)技術(shù)研究”(20161ACF60023)；江西省農(nóng)業(yè)科學(xué) 院創(chuàng)新基金資質(zhì)項(xiàng)目“江西省重金屬中輕度污染稻田重金屬原位鈍化技術(shù)研究”(2016CQN009)；江西省科研院所基礎(chǔ)設(shè) 施配套項(xiàng)目(20151BBA13033)；江西省科技支撐項(xiàng)目(20151BBF60033)；江西省農(nóng)科院青年基金項(xiàng)目(2014CQN006)。

陳院華(1981─)，男，江西修水人，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境修復(fù)研究。*通訊作者：呂貴芬。

S511

A

1001-8581(2017)09-0010-05