李江遐，張 軍，馬友華*，高 飛，蔡慢弟

1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036；2. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230036

不同水稻品種對(duì)鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及其非蛋白巰基含量的變化

李江遐1，張 軍2#，馬友華1*，高 飛1，蔡慢弟1

1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036；2. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230036

鎘（Cd）被列為環(huán)境污染物中最危險(xiǎn)的 5種物質(zhì)之一。鎘極易被作物吸收并通過食物鏈在人體內(nèi)積累導(dǎo)致人體健康受到威脅.鎘污染地區(qū)稻米鎘積累是亟待解決的重要農(nóng)業(yè)問題。分析鎘污染土壤上種植的不同水稻品種對(duì)鎘的耐受性具有重要意義。采用盆栽試驗(yàn)方法，研究了種植于鎘污染土壤（Cd全量2.36 mg·kg-1）上的不同水稻（Oryza sativa）品種（兩種粳稻和兩種秈稻）鎘積累情況及根、莖、葉中非蛋白巰基物質(zhì)含量。研究結(jié)果表明，在鎘污染土壤條件下，4種水稻籽粒鎘含量明顯高于國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（水稻籽粒鎘含量0.2 mg·kg-1），且表現(xiàn)為根部＞莖葉＞籽粒。秈稻籽粒鎘含量大于粳稻籽粒鎘含量；4種水稻的鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)不同，不同水稻品種對(duì)鎘的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)具有顯著差異，籽粒鎘含量高的水稻品種鎘的轉(zhuǎn)移系數(shù)高于籽粒鎘含量低的水稻品種。水稻非蛋白巰基（NPT）含量不僅與Cd脅迫程度密切相關(guān)，也在一定程度上制約著Cd從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而對(duì)水稻籽粒Cd含量產(chǎn)生影響。粳稻籽粒鎘含量高的秀水09根莖中NPT含量較徐稻5號(hào)高，但秀水09葉中NPT含量低于徐稻5號(hào)，秈稻籽粒鎘含量高的豐兩優(yōu)1號(hào)根莖中NPT含量也較高，但葉中NPT含量低于兩優(yōu)6206。粳稻與秈稻籽粒鎘含量高的水稻品種根莖葉中GSH含量高于籽粒含量低的水稻品種；粳稻籽粒鎘含量高的秀水09根中PC含量明顯高于籽粒含量低的徐稻5號(hào)，秈稻籽粒鎘含量不同的兩種水稻根中PC含量無明顯差異。研究表明，不同水稻品種在鎘脅迫下的解毒過程不同，巰基物質(zhì)含量對(duì)水稻鎘污染較敏感。

不同水稻品種；鎘含量；非蛋白巰基

中國是世界上最大的水稻生產(chǎn)和消費(fèi)國，水稻是中國的重要糧食作物，水稻產(chǎn)量和質(zhì)量安全對(duì)中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)定至關(guān)重要（Beard et al.，1984）。然而隨著人類對(duì)自然資源的過度開發(fā)，生態(tài)環(huán)境遭受破壞，嚴(yán)重影響著耕作土壤的質(zhì)量，土壤重金屬污染給中國稻米安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重隱患，農(nóng)田土壤重金屬污染日益受到關(guān)注。

一些富含鋅、鉛的礦體由于與鎘共生，礦山開采過程中導(dǎo)致環(huán)境鎘污染加劇（戴玉林等，1985），這些環(huán)境污染物在雨水的作用下，匯集到各種水源中，包括河流和地下水在內(nèi)的多種水體都受到了污染；污水灌溉導(dǎo)致耕地土壤重金屬鎘含量逐年增高。生長(zhǎng)在鎘污染土壤的水稻，生長(zhǎng)和發(fā)育會(huì)受到不同程度的影響，最終導(dǎo)致稻米品質(zhì)下降、產(chǎn)量降低，籽粒中的鎘含量超過安全標(biāo)準(zhǔn)，鎘通過食物鏈危害人體健康（詹杰等，2012）。研究表明，不同的水稻品種對(duì)鎘的吸收積累存在很大的差異（李坤權(quán)等，2003；吳啟堂等，1999）。對(duì)兩種籽粒鎘含量不同的水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及其生理效應(yīng)研究表明，籽粒鎘含量不同的水稻對(duì)鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及生理效應(yīng)存在差異，水稻非蛋白巰基（NPT）含量不僅與Cd脅迫程度密切相關(guān)，也在一定程度上制約著 Cd從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而對(duì)水稻籽粒 Cd含量產(chǎn)生影響（李鵬等，2011）。一些研究分析了鎘元素與其他元素交互處理水稻不同部位NPT、PC含量的變化（梁程等，2012；王芳等，2010）。

非蛋白巰基化合物主要包括谷胱甘肽（GSH）、植物螯合肽（PC）和半胱氨酸（Cys）等，是植物體內(nèi)的一類多肽，PCs是在植物螯合肽合成酶的作用下由其前體谷胱甘肽（GSH）合成的多肽。植物體內(nèi)非蛋白巰基化合物作用可能因重金屬的種類、處理時(shí)間及植物種類的不同而產(chǎn)生差異，而針對(duì)不同植物探明其體內(nèi)巰基化合物的生理功能對(duì)進(jìn)一步利用生物技術(shù)手段提高其功能作用是非常必要的（胡朝華等，2006）。研究表明，PCs對(duì)重金屬的解毒、防御重金屬引起的氧化脅迫和必需重金屬的代謝方面具有重要作用（Cobbett et al.，2002）。目前對(duì)Cd積累水稻品種的研究主要針對(duì)不同品種的篩選以及相應(yīng)的栽培管理措施的優(yōu)化，針對(duì)大田環(huán)境下品種之間的Cd累積程度的分析研究很少。種植習(xí)慣、水稻本身的產(chǎn)量以及水稻田土壤Cd含量的空間分布差異等因素都會(huì)影響到Cd低積累品種的推廣應(yīng)用（王美娥等，2015）。

本試驗(yàn)通過盆栽實(shí)驗(yàn)，利用采自鎘污染嚴(yán)重超標(biāo)的農(nóng)田土壤，種植當(dāng)?shù)氐闹髟运酒贩N（兩種秈稻、兩種粳稻），研究不同水稻品種對(duì)鎘吸收的特點(diǎn)及水稻各部位非蛋白巰基含量的變化，探討不同水稻品種鎘含量與非蛋白巰基物質(zhì)之間的關(guān)系，為從大田實(shí)際種植的主栽品種中篩選Cd 低積累水稻品種研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤采自安徽省銅陵市某Cd污染區(qū)（土壤理化性質(zhì)見表 1），種植區(qū)靠近礦山，礦山開采活動(dòng)頻繁，開礦產(chǎn)生的污水、廢渣往往隨著雨水進(jìn)入種植區(qū)的地下水和附近的河流，且當(dāng)?shù)爻Ｄ暌玫V體周圍污水進(jìn)行灌溉。本試驗(yàn)選取的材料為 4種籽粒鎘含量不同的水稻，是從前期大田80個(gè)水稻品種篩選試驗(yàn)中得到的，由安徽省農(nóng)科院提供。分別為兩種粳稻：徐稻 5號(hào)（XD5）、秀水 09號(hào)（XS09）；兩種秈稻：兩優(yōu) 6206（LY6206）、豐兩優(yōu)1號(hào)（FLY1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)，于2015年4月—2015年9月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)園進(jìn)行。每盆裝土6 kg，將4種水稻隨機(jī)栽到盆缽中，每種水稻重復(fù)3次。試驗(yàn)期間，進(jìn)行常規(guī)的水分、養(yǎng)分管理，并在水稻相應(yīng)的生長(zhǎng)階段進(jìn)行相關(guān)信息的記錄。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table1 The basic physical and chemical properties of the tested soil

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 樣品的采集與預(yù)處理

水稻分蘗前期，進(jìn)行采樣。先用自來水將整株水稻洗凈（尤其是根部），再用純水潤洗多次，然后用吸水紙將水分吸干。用干凈的剪刀將根、莖、葉等部位分離，樣品分裝成兩份，一份放入信封袋中，烘箱中殺青（105 ℃殺青30 min），然后80 ℃烘干至恒重，最后裝入封口袋中備用。另一份存放在-80 ℃的冰箱中保存待用。

水稻成熟期采集水稻穗部，風(fēng)干，脫殼，粉碎過篩后測(cè)定籽粒中鎘含量。

1.3.2 水稻各部位鎘含量的測(cè)定

將預(yù)處理的水稻植株烘干樣粉碎，然后稱取0.2000 g左右粉碎樣于消煮管中，加入10 mL濃硝酸過夜。第2天進(jìn)行微波消煮，在通風(fēng)櫥中高溫趕酸，將消煮液定容到50 mL容量瓶中，參照（鮑士旦，2011）用原子吸收分光光度計(jì)（AAS）測(cè)定樣品中的鎘含量。

1.3.3 水稻樣品非蛋白巰基（NPT）的測(cè)定

采用DTNB顯色法測(cè)定水稻樣品非蛋白巰基（Rama et al.，1998）。稱取鮮樣1.00 g置于研缽中，加入少許石英砂和4 mL預(yù)冷的5 g·kg-1磺基水楊酸，冰浴中充分研磨，再將研磨液轉(zhuǎn)移至離心管中，冰浴30 min，然后在8000g，4 ℃條件下離心15 min。取上清液0.8 mL于5 mLPE管中，依次加入 3.05 mL 0.25 mol·L-1的 Tris-HCl（pH 8.3）和0.15 mL 10 mmol·L-1的DTNB，室溫下放置20 min，然后用分光光度計(jì)在412 nm波長(zhǎng)處測(cè)定樣品吸光度。同時(shí)，用還原性谷胱甘肽配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.4 谷胱甘肽（GSH）含量的測(cè)定

GSH含量根據(jù)熒光法進(jìn)行測(cè)定（Hissin et al.，1976），取0.5 mL離心上清液，加入1.5 mL PBS（pH 8.0，含 5 mmol·L-1EDTA），用 NaOH 調(diào)節(jié)混合物至pH為8.0；取上述混合物0.5 mL，加入1.4 mL 0.1 mol·L-1PBS（pH 8.0）和 100 μL OPT（鄰苯二甲醛，0.1 g·kg-1），室溫反應(yīng) 15～20 min，將樣品點(diǎn)在酶標(biāo)板上，然后放入酶標(biāo)儀中測(cè)定樣品熒光值，激發(fā)波長(zhǎng)為350 nm，發(fā)射波長(zhǎng)為420 nm。

1.3.5 植物螯合肽（PC）含量的測(cè)定

PC含量采用差減法計(jì)算，即 b(PC)=b(NPT)-b(GSH)。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

運(yùn)用 Excel 2003處理數(shù)據(jù)、繪制圖表。采用SPSS 19.0分析軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與差異性分析。水稻品種間的差異采用單因素方差分析（One-way ANOVA，LSD），顯著水平α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種對(duì)鎘吸收的差異

水稻籽粒 Cd含量的差異很大程度上受到根部吸收特性和向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)效率的制約（居婷等，2008）。由表2可知，不同水稻品種中鎘含量均表現(xiàn)為根＞莖＞葉＞籽粒。根和莖中鎘含量，兩個(gè)粳稻品種之間及兩個(gè)秈稻品種之間差異顯著；葉中鎘含量，兩個(gè)秈稻品種水稻之間差異不顯著（兩優(yōu)6206 為 3.21 mg·kg-1、豐兩優(yōu) 1 號(hào)為 3.28 mg·kg-1），兩種粳稻品種（徐稻5號(hào)與秀水09）間存在顯著差異。

重金屬從根向地上部的轉(zhuǎn)移率是判斷植物吸收、分配與轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的重要指標(biāo)，通常以地上部與地下部Cd含量的比值（S/R）表示（居婷等，2008）。本實(shí)驗(yàn)采用水稻莖中與根中鎘含量的比值表征水稻吸收的鎘由根到莖的轉(zhuǎn)移情況。對(duì)比4種水稻的S/R可以發(fā)現(xiàn)，兩種粳稻的比值小于秈稻，這說明粳稻品種由根向地上部轉(zhuǎn)移的鎘較秈稻少，其籽粒中的鎘含量大大降低。對(duì)于秈稻，其S/R較粳稻高，其體內(nèi)鎘含量從根部到莖再到葉逐漸積累，因此該類水稻籽粒中含有較多的鎘，該類型水稻對(duì)鎘的積累能力更強(qiáng)。粳稻和秈稻積累和轉(zhuǎn)運(yùn)鎘的機(jī)制可能不同。

2.2 不同品種水稻根、莖、葉中NPT含量的變化

由圖 1可知，不同品種水稻受到鎘脅迫后，根、莖、葉部產(chǎn)生的巰基物質(zhì)NPT含量不同，表現(xiàn)為根＞葉＞莖。莖、葉受到的鎘脅迫較根部明顯減輕，水稻根部巰基物質(zhì)與鎘反應(yīng)阻礙了鎘進(jìn)一步向地上部的運(yùn)輸，從而減輕水稻地上部鎘毒害。兩種粳稻根中NPT含量差異明顯，秀水09（9.28μmol·g-1）顯著高于徐稻 5 號(hào)（5.19 μmol·g-1），兩種秈稻品種根中NPT含量表現(xiàn)為豐兩優(yōu)1號(hào)（8.02μmol·g-1）略高于兩優(yōu) 6206（7.79 μmol·g-1），但差異不明顯。粳稻表現(xiàn)為籽粒鎘含量高的秀水09根中NPT含量高。

4種水稻莖中NPT含量顯著低于根中，粳稻和秈稻都表現(xiàn)為籽粒含量高的水稻品種 NPT含量高于籽粒含量低的水稻品種。莖中NPT含量粳稻秀水09（0.75 μmol·g-1）顯著高于徐稻 5 號(hào)（0.45μmol·g-1）；秈稻莖中 NPT 含量豐兩優(yōu) 1號(hào)（0.38μmol·g-1）高于兩優(yōu) 6206（0.14 μmol·g-1）；粳稻莖中NPT含量明顯高于秈稻。葉中NPT含量與莖中NPT含量變化正好相反，粳稻徐稻 5號(hào)（1.15μmol·g-1）高于秀水 09（0.77 μmol·g-1）；秈稻兩優(yōu)6206（2.25 μmol·g-1）顯著高于豐兩優(yōu) 1（1.09μmol·g-1）；粳稻和秈稻葉中NPT含量越高，籽粒鎘含量越低。

圖1 不同水稻品種根莖葉中NPT含量變化Fig.1 The changes in NPT of different rice cultivars

表2 水稻不同品種根、莖、葉及籽粒鎘含量變化Table2 Changes of Cadmium Content in Root, Stem, Leaf and Grain of Different Rice Varieties

2.3 不同品種水稻根、莖、葉中GSH含量的變化

GSH是生物體內(nèi)最主要的非蛋白巰基。GSH作為植物體內(nèi)最主要的抗氧化劑，可以降低各種逆境脅迫產(chǎn)生的活性氧的積累，減輕活性氧對(duì)細(xì)胞的傷害（胡朝華等，2006）。同時(shí)GSH是 PCs的前體和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）的底物，在植物抵抗重金屬毒害方面具有重要作用（蔡悅，2010）。

圖2表明，4種品種水稻植株不同部位GSH含量表現(xiàn)為莖＞根＞葉。水稻根中 GSH含量粳稻秀水09（3.29 μmol·g-1）高于徐稻 5 號(hào)（3.03 μmol·g-1），秈稻豐兩優(yōu) 1 號(hào)（3.39 μmol·g-1）高于兩優(yōu) 6206（2.86μmol·g-1）。不同水稻品種莖葉中 GSH 含量變化與根一致，即粳稻秀水09高于徐稻5號(hào)，秈稻豐兩優(yōu)1號(hào)高于兩優(yōu)6206。粳稻中籽粒含量高的水稻品種根、莖、葉中 GSH含量都高于籽粒含量低的水稻品種，秈稻表現(xiàn)與粳稻一致。

圖2 不同水稻品種根莖葉中GSH含量變化Fig.2 The changes in GSH of different rice cultivars

2.4 不同品種水稻根中的PC的含量

PCs是在植物螫合肽合成酶的作用下由其前體谷胱甘肽（GSH）合成的多肽。研究表明，在高等植物中 PCs對(duì)緩解有毒重金屬的毒害以及維持細(xì)胞內(nèi)必需金屬元素的動(dòng)態(tài)平衡具有重要作用（胡朝華等，2006）。圖3所示為水稻根PC含量變化，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以NPT-GSH含量計(jì)的PC含量在莖和葉中未被檢測(cè)出，但PC含量在4種水稻根中差異明顯。圖3表明，4種水稻根中PC含量表現(xiàn)為粳稻秀水 09（5.99 μmol·g-1）顯著高于徐稻 5號(hào)（2.16 μmol·g-1），兩種粳稻品種根中 PC 含量差異明顯，秈稻兩優(yōu) 6206（4.93 μmol·g-1）略高于豐兩優(yōu) 1號(hào)（4.63 μmol·g-1），兩種秈稻根中 PC 含量差異不明顯。

在水稻耐鎘基因型差異及 GSH緩解鎘毒機(jī)理研究中，含巰基（—SH）物質(zhì)（包括Cys、GSH和PCs）在熒光 HPLC中被分離并定量，結(jié)果表明，鎘處理誘導(dǎo)了水稻根系產(chǎn)生大量的包括 GSH和PCs在內(nèi)的含—SH物質(zhì)。PCs的前期誘導(dǎo)對(duì)水稻根系鎘耐性的提高有重要的作用（蔡悅，2010）。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，水稻種植在鎘污染土壤上，水稻根部通過合成PC提高自身耐鎘性。合成PCs是當(dāng)鎘進(jìn)入細(xì)胞后植物提高耐鎘性的最普遍的策略（Cobbett et al.，2002）。

圖3 不同水稻品種根中PC含量變化Fig.3 The changes in PC of different rice cultivars

3 討論

鎘脅迫對(duì)植物的影響，最先且最直接的方式就是作用于植物的根系，且大部分植物吸收的Cd主要積累在根部，轉(zhuǎn)移到地上部的只是一小部分（朱智偉等，2014）。本研究結(jié)果表明，4種水稻根都是鎘積累最多的部位。從籽粒鎘含量來看，粳稻籽粒鎘含量小于秈稻籽粒鎘含量。雖然兩種粳稻鎘含量相對(duì)較低，但是其含量均超過國家標(biāo)準(zhǔn)（NY5115—2008，水稻籽粒 Cd 0.2 mg·kg-1）。生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用水稻鎘低積累品種仍需要聯(lián)合土壤改良劑等措施，降低水稻籽粒鎘超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)（王美娥等，2015）。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同水稻品種籽粒鎘積累表現(xiàn)出明顯差異，這種水稻類型之間的差異和李坤權(quán)等（2003）、吳啟堂等（1999）的研究結(jié)果一致。

已有研究表明，Cd脅迫能促進(jìn)植物體內(nèi) NPT的合成，根部NPT增加尤為顯著，Cd處理后，鎘耐性品種不同部位的 NPT含量均顯著高于鎘敏感品種，說明耐性品種合成更多含巰基的物質(zhì)與 Cd絡(luò)合，解毒能力更強(qiáng)（李鵬等，2011；鄭陶等，2013）。本研究中，籽粒含量高的水稻品種秀水09（籽粒含量 0.99 mg·kg-1）和豐兩優(yōu) 1號(hào)（籽粒含量 1.59 mg·kg-1）NPT和GSH也高，籽粒含量高的水稻品種對(duì)土壤鎘污染的耐性更強(qiáng)，籽粒中更易積累鎘，與上述研究結(jié)果一致。

GSH普遍存在于植物體內(nèi)，可以多種方式參與抵抗重金屬脅迫，如PC合成的底物、重金屬螯合劑、抗氧化劑等（胡朝華等，2006）。本研究結(jié)果表明，籽粒含量高的水稻品種根莖葉中 GSH含量也高，即秀水09根、莖、葉中GSH含量高于徐稻5號(hào)，豐兩優(yōu)1號(hào)根、莖、葉中GSH含量高于兩優(yōu)6206。究其原因，一方面 GSH具有解毒功能，另一方面GSH促進(jìn)Cd從根系向地上部長(zhǎng)距離運(yùn)輸，從而導(dǎo)致籽粒中積累更多的鎘。

最近的研究表明，非蛋白巰基化合物在植物體內(nèi)對(duì)重金屬不僅具有重要的解毒作用，而且還具有促進(jìn)Cd從根系向地上部長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)墓δ?。用品系不同的小白菜進(jìn)行鎘積累的轉(zhuǎn)錄組差異分析試驗(yàn)表明，在高積累小白菜對(duì)Cd脅迫的應(yīng)答反應(yīng)中，GSH與Cd結(jié)合過程起主要作用，高鎘積累型小白菜鎘的高積累量與PC的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)（Qian et al.，2016）。

大量研究表明，植物或細(xì)胞用重金屬處理后，PC和GSH水平在兩者之間表現(xiàn)出相互消長(zhǎng)的關(guān)系（蔡悅，2010）。本研究結(jié)果表明，4種水稻品種莖葉中非蛋白巰基物質(zhì)以GSH為主，根中PC含量的變化表現(xiàn)為粳稻籽粒鎘含量高的水稻品種PC含量高于籽粒鎘含量低的水稻品種，秈稻根中PC含量?jī)煞N水稻差異不明顯，表明PC可能主要起著根系Cd絡(luò)合解毒的作用。

水稻受鎘脅迫后，體內(nèi)的非蛋白巰基含量變化明顯，因此可以通過調(diào)節(jié)與鎘解毒過程相關(guān)的物質(zhì)，調(diào)控鎘元素在植物體內(nèi)的活動(dòng)。有研究表明，缺硫增加了水稻根部和地上部的鎘含量（安志裝等，2004）。目前，有研究學(xué)者通過營養(yǎng)調(diào)控來抑制植物地上部鎘積累（高可輝等，2011；龐曉辰等，2014）。

對(duì)籽粒鎘含量差異大的兩個(gè)水稻品種鎘吸收亞細(xì)胞分布及非蛋白巰基含量的分析表明，根系NPT-SH含量的差異解釋了二者體內(nèi) Cd從根系向莖葉運(yùn)輸能力的差異（史靜等，2015）。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種粳稻根中NPT及PC含量差異明顯，秈稻根中NPT及PC含量差異不明顯，表明鎘脅迫下粳稻和秈稻對(duì)鎘毒害緩解機(jī)制可能不同，值得進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

種植在鎘污染（Cd 2.63 mg·kg-1)土壤上的不同水稻品種，各器官鎘含量順序?yàn)椋焊担厩o＞葉片＞籽粒。不同水稻品種籽粒中鎘含量均高于國家標(biāo)準(zhǔn)，秈稻籽粒中鎘含量高于粳稻中籽粒鎘含量，秈稻籽粒更易富集鎘。對(duì)4個(gè)水稻品種的根、莖、葉中的非蛋白巰基物質(zhì)進(jìn)行分析表明，籽粒鎘含量不同的水稻品種根莖葉中非蛋白巰基物質(zhì)變化不同，表明不同水稻品種體內(nèi)存在不同解毒機(jī)制，可以從分子生物學(xué)的角度研究不同水稻品種非蛋白巰基合成酶表達(dá)的差異，為選育水稻鎘低積累品種提供借鑒。

BEARD A, LAUWERYS R. 1984. Cadmium in human population [J].Experientia, 40(2): 143-152.

COBBETT C, COLDSBROUGH P. 2002. Phytochelatins and metallothioneins: roles in heavy metal gdetoxification and homeostasis[J]. Annual Review of Plant Biology and Plant Molecular Biology, 53:159-182.

HISSIN P J, HIL F R. 1976. A fluorometric method for determination of oxidized and reduced glutathione in tissues [J]. Analytical Biochemistry, 74(1): 215-226.

QIAN Z, GUO J J, HE C T, et al. 2016. Comparative transcriptome analysis between low-and high-cadmium-accumulating genotypes of pakchoi(Brassica chinensis L.) in response to cadmium stress [J].Environmental Science & Technology, 43(3): 5-16.

RAMA D S, PRASAD M N V. 1998. Copper toxicity in Ceratophyllum demersum L. (Coontail) a free floating macrophyte: Response of antioxidant enzymes and antioxidant [J]. Plant Science, 138(2):157-165.

安志裝, 王校常, 嚴(yán)蔚東, 等. 2004. 鎘硫交互處理對(duì)水稻吸收累積鎘及其蛋白巰基含量的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 41(5): 728-733.

鮑士旦. 2011.土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社: 112-114.

蔡悅. 2010. 水稻耐鎘的基因型差異及外源 GSH緩解鎘毒的機(jī)理研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué): 63-64.

戴玉林, 張玉福, 賈淑英, 等. 1985. 有色金屬礦山鎘污染的調(diào)查簡(jiǎn)報(bào)[J]. 中國公共衛(wèi)生, 4(5): 3-4.

高可輝, 葛瀅, 張春華. 2011. 缺硫?qū)︽k脅迫下水稻幼苗非蛋白巰基物質(zhì)含量和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶活性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 22(7):1796-1802.

胡朝華, 張蕾, 朱端衛(wèi), 等. 2006. 植物螯合肽生物合成和解毒機(jī)制及其在重金屬修復(fù)中的應(yīng)用前景[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 25(5): 575-580.

居婷, 張春華, 胡延玲, 等. 2008. 水稻對(duì)鎘的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)與耐性的關(guān)系研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 36(9): 3506-3508.

李坤權(quán), 劉建國, 陸小龍, 等. 2003. 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), 22(5): 529-532.

李鵬, 葛瀅, 吳龍華, 等. 2011. 兩種籽粒鎘含量不同水稻的鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及其生理效應(yīng)差異初探[J]. 中國水稻科學(xué), 25(3): 291-296.

梁程, 林匡飛, 張?chǎng)? 等. 2012. 不同濃度硫處理下硒鎘交互脅迫對(duì)水稻幼苗的生理特性影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 31(5): 857-866.

龐曉辰, 王輝, 吳澤贏, 等. 2014. 硒對(duì)水稻鎘毒性的影響及其機(jī)制的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 33(9): 1679-1685.

史靜，潘根興. 2015. 外加鎘對(duì)水稻鎘吸收、亞細(xì)胞分布及非蛋白巰基含量的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 24(5): 853-859.

王芳, 丁杉, 張春華, 葛瀅. 2010. 不同鎘耐性水稻非蛋白巰基及鎘的亞細(xì)胞和分子分布[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 29(4): 625-629.

王美娥, 彭馳, 陳衛(wèi)平, 等. 2015. 水稻品種及典型土壤改良措施對(duì)稻米吸收鎘的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 36(11): 4283-4288.

吳啟堂, 陳盧, 王廣壽, 等. 1999. 水稻不同品種對(duì) Cd吸收累積的差異和機(jī)理研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 19(1): 1104-107.

詹杰, 魏樹和, 牛榮成. 2012. 我國稻田土壤鎘污染現(xiàn)狀及安全生產(chǎn)新措施[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 31(7): 1257-1263.

鄭陶, 李廷軒, 張錫洲, 等. 2013. 水稻鎘高積累品種對(duì)鎘的富集特性[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 46(7): 1492-1500.

朱智偉, 陳銘學(xué), 牟仁祥, 等. 2014. 水稻鎘代謝與控制研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 47(18): 3633-3640.

Uptake and Translocation of Cadmium and Content of Non-protein Thiols in Different Rice Cultivars

LI Jiangxia, ZHANG Jun, MA Youhua*, GAO Fei, CAI Mandi
1. College of Resource & Environmental Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2. College of Life Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

Cadmium (Cd) is known as one of the five most toxic environment pollutants. It can be absorbed readily by crops and accumulated in human body through food chains, resulting in human body health problems. The accumulation of Cd in rice grains is a major agricultural problem in regions with Cd pollution. It is important to clarify the mechanism of Cd accumulation reduction in different cultivar rice on contaminated soil with cadmium. The experiment were conducted to investigate the uptake and translocation of cadmium and the contents of NPT (total non-protein thiol), GSH and other non-protein thiol [PC (phytochelatin)] in roots and leaves of four rice varieties with different grain Cd content under Cd stress. The results showed that the tested rice varieties grown in the soil polluted by cadmium, the contents of four varieties of grain rice were much higher than National secondary standard. The content of Cd was root＞shoot＞grain. The content of cadmium in indica rice grain was higher than that of japonica rice grain. The absorption and transportation of cadmium of four kinds of rice had the significant difference. The transfer factor of Cd with higher Cd concentration of grain was higher than that of low Cd rice cultivar. The content of NPT in root and shoot of Xiushui09 was higher than that of Xuda o5, but the content of NPT in leaves of Xiushui 09 was lower than that of Xuda o5. The content of higher cadmium in the root of Fengliangyou 1 was with higher NPT content, but the content of NPT in leaves was lower than that of Liangyou 6206.The content of GSH of japonica and indica rice grain with higher Cd was higher than rice grain with lower Cd in root, shoot and leave. The content of PC in Xiushui 09 with higher cadmium content was significantly higher than that with lower grain content.There was no significant difference in PC content between two rice varieties with different cadmium content in indica rice grain. The results show that the detoxification process of different rice varieties is different under cadmium stress, and the content of nonprotein is sensitive to cadmium pollution.

different rice varieties; cadmium; non-protein thiol

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.019

X171.5

A

1674-5906（2017）12-2140-06

李江遐, 張軍, 馬友華, 高飛, 蔡慢弟. 2017. 不同水稻品種對(duì)鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及其非蛋白巰基含量的變化[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(12): 2140-2145.

LI Jiangxia, ZHANG Jun, MA Youhua, GAO Fei, CAI Mandi. 2017. Uptake and translocation of cadmium and content of non-protein thiols in different rice cultivars [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(12): 2140-2145.

農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目（農(nóng)財(cái)發(fā)[2013]16號(hào)）；國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（201410364027）；安徽省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2014A072）

李江遐（1973年生），女，副教授，博士，研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)生態(tài)及土壤重金屬修復(fù)。E-mail: jiangxiali103@126.com

#共同第一作者：張軍（1971年生），男，講師，碩士，主要從事次生代謝產(chǎn)物研究。E-mail: zhangj588@163.com

*通信作者：馬友華（1962年生），男，教授，博士，主要從事污染土壤生物修復(fù)研究。E-mail: yhma2020@qq.com

2016-10-08