張玉盛，張小毅，肖歡，敖和軍*，向焱赟，田偉，肖峰

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410128）

重金屬鎘（Cadmium，Cd）具有高毒性和遷移性，易被水稻吸收積累，通過食物鏈途徑進(jìn)入人體，危害人體健康。開展水稻鎘低積累調(diào)控技術(shù)研究，對(duì)鎘污染稻田水稻安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。近幾十年來，科研工作者就如何減少水稻鎘積累開展了大量研究，并取得了可喜的成果。研究發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)調(diào)控[1?2]、土壤鎘鈍化[3]、生物修復(fù)[4]、品種篩選[5]等措施可降低水稻鎘吸收和積累。其中，營(yíng)養(yǎng)調(diào)控被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、有效的降低作物鎘積累的方法[6?7]。氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最多的肥料，氮在植物生長(zhǎng)和發(fā)育過程中起著重要的作用，是植物主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和限制作物生長(zhǎng)的最常見因子。氮肥調(diào)控作物鎘的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，表現(xiàn)為：影響土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而影響重金屬遷移性和生物有效性；氮進(jìn)入作物體內(nèi)后，從分子、生化、細(xì)胞和整株（生物量和產(chǎn)量）等水平機(jī)制來平衡重金屬毒性[8?9]。氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)作物鎘吸收表現(xiàn)為促進(jìn)還是抑制作用與氮肥形態(tài)和劑量有關(guān)[10?11]。趙晶等[10]研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥較無肥處理均增加小麥對(duì)鎘的吸收，不同氮肥處理之間存在顯著差異，其中NH4Cl 對(duì)小麥吸收鎘的促進(jìn)作用最強(qiáng)，其次是NH4NO3和高量尿素處理，低量尿素處理和（NH4）2SO4處理小麥吸收鎘最少。甲卡拉鐵等[11]研究發(fā)現(xiàn)，不同氮肥對(duì)水稻增產(chǎn)效應(yīng)呈現(xiàn)為尿素>（NH4）2SO4>NH4Cl>NH4NO3，相比于尿素、（NH4）2SO4和NH4NO3，NH4Cl能顯著增加水稻鎘含量，并促進(jìn)鎘由秸稈向籽粒中轉(zhuǎn)移；適量的尿素能顯著降低籽粒鎘含量，而不施尿素和高量尿素顯著提高籽粒鎘含量。楊錨[12]研究發(fā)現(xiàn)，NH4Cl 處理、（NH4）2SO4處理相比尿素處理顯著增加水稻單株鎘積累量，而Ca（NO3）2處理降低水稻單株鎘積累量，但與尿素處理間差異不顯著。

水稻生育后期（抽穗以后）是籽粒鎘積累的關(guān)鍵時(shí)期[13]。前期貯存在莖、葉等器官中的鎘，在籽粒灌漿?成熟階段通過“搭便車”的方式被輸送至籽粒中，此外，后期根系吸收土壤中的鎘也可被快速運(yùn)輸至籽粒[13?14]。有學(xué)者認(rèn)為，在水稻鎘積累關(guān)鍵時(shí)期采用適當(dāng)?shù)霓r(nóng)藝措施降低土壤有效態(tài)鎘含量及根系向上運(yùn)輸總量，即可有效降低糙米鎘含量[13，15?16]。依據(jù)水稻生育后期對(duì)鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)特性，并結(jié)合前期研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過后期適量施氮可降低水稻鎘積累[17]。本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展生育后期施氮控制水稻鎘積累研究，試圖建立通過后期施氮來調(diào)控水稻鎘積累的農(nóng)藝栽培技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)品種與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018 年在湖南省瀏陽市巖溪鎮(zhèn)花園村進(jìn)行，土壤類型為第四紀(jì)紅壤發(fā)育的紅黃泥水稻土、壤土，理化性狀為：pH 5.48，有機(jī)質(zhì)20.11 g·kg?1，全鎘含量1.62 mg·kg?1，有效鎘含量0.80 mg·kg?1。分別選用早稻株兩優(yōu)819 和陸兩優(yōu)996、晚稻湘晚秈12 號(hào)和玉針香為供試材料，經(jīng)湖南雜交水稻研究中心篩選驗(yàn)證[5]，株兩優(yōu)819、湘晚秈12 號(hào)為低鎘積累品種，陸兩優(yōu)996、玉針香為高鎘積累品種。

根據(jù)前期大田試驗(yàn)結(jié)果[17]，雙季稻全生育期施氮量180 kg·hm?2，以后期施氮量為總氮量的20%，設(shè)3個(gè)后期施氮時(shí)期處理和后期不施氮對(duì)照處理。處理1（F1）、處理2（F2）和處理3（F3）分別在始穗期、齊穗期（始穗后9 d）和灌漿期（齊穗后9 d）施氮，基肥∶穗肥∶粒肥均為6∶2∶2；對(duì)照（CK）為后期不施氮處理，基肥∶穗肥∶粒肥為8∶2∶0，每個(gè)處理3 次重復(fù)。水稻移栽前翻耕后反復(fù)多次耙平、耙勻，以減小試驗(yàn)小區(qū)間土壤鎘含量的差異。小區(qū)隨機(jī)排列，面積為8 m×8 m=64 m2，各小區(qū)間田埂覆膜以防肥水串灌。每個(gè)小區(qū)單獨(dú)排灌。早稻收獲后，在原有小區(qū)內(nèi)用小型打田機(jī)翻耕均勻后種植晚稻，早稻于3 月22 日播種，4 月23日移栽，7月15日收獲，株行距為16.6 cm×16.6 cm，晚稻于6 月22 日播種，7 月18 日移栽，10 月30 日收獲，株行距為16.6 cm×20.0 cm。采用常規(guī)水肥管理，試驗(yàn)期間水稻施用氮肥180 kg·hm?2（尿素，N 46.4%）、磷肥90 kg·hm?2（過磷酸鈣，P2O512%）、鉀肥144 kg·hm?2（氯化鉀，K2O 60%）。氮肥按試驗(yàn)基追肥比例在不同時(shí)期施用，磷肥一次性基施，鉀肥于移栽前1～2 d和幼穗分化始期各施50%，早稻試驗(yàn)期間保持淺水層淹水灌溉（2～3 cm 水層），不曬田，晚稻收割前7 d 停止灌水，其余時(shí)期與早稻保持一致，其他栽培管理措施與當(dāng)?shù)亓?xí)慣保持一致。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 亞細(xì)胞組分鎘含量測(cè)定

采集乳熟期水稻植株鮮樣用蒸餾水和超純水洗凈后用濾紙吸干表面水分，稱取4 g根系、莖、葉，剪成1～2 mm2，按料液比1∶10 加入配制預(yù)冷的250 mmol·L?1蔗糖、50 mmol·L?1Tris?HCl、1 mmol·L?1DTT 共20 mL 冰浴研磨至勻漿，再加20 mL 沖洗研缽，勻漿與沖洗液同置于50 mL離心管中。采用差速離心，4 ℃、3 000 r·min離心15 min得到沉淀部分為細(xì)胞壁組分；將上清液以4 ℃、12 000 r·min 離心15 min 得到沉淀部分為細(xì)胞器組分；上清液為細(xì)胞液?；焖釢穹ǎ╒HNO3∶VHClO4=4∶1）消解后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP?MS，Agilent 7700x，USA）測(cè)定各組分鎘含量[1]。

1.2.2 植株鎘含量測(cè)定

在水稻乳熟期、成熟期共進(jìn)行2 次取樣，避開小區(qū)邊3行，采集田間長(zhǎng)勢(shì)一致的植株5穴，用自來水洗凈根部與地上部，蒸餾水和超純水潤(rùn)洗，晾干表面水分后，乳熟期植株分成根、莖、葉、穗四部分，成熟期分成根、莖葉、谷粒三部分，分別裝入信封中，然后放入烘箱110 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，谷粒去糙，所有樣品粉碎后過篩密封保存?；焖釢穹ǎ╒HNO3∶VHClO4=4∶1）消解后，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP?MS，Agilent 7700x，USA）測(cè)定鎘含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

水稻成熟期根系、莖葉向籽粒轉(zhuǎn)移鎘的能力用轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）表示。

TF根?莖葉=莖葉鎘含量/根鎘含量×100%，TF莖葉?糙米=糙米鎘含量/莖葉鎘含量×100%，TF根?糙米=糙米鎘含量/根鎘含量×100%[15]。

采用Excel 2016 和SPSS 25.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性分析，多重比較采用Duncan 法，相關(guān)性分析采用Pearson法。采用Excel 2016作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻各時(shí)期不同部位鎘含量及成熟期鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)和產(chǎn)量的影響

2.1.1 早稻

除成熟期根和莖葉鎘含量外，處理對(duì)乳熟期和成熟期各部位鎘含量、鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和產(chǎn)量影響顯著，而鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)受品種、處理和品種互作影響不顯著（表1）。由表1可知，株兩優(yōu)819乳熟期根、莖在不同處理下均有所提高，其中F2處理乳熟期根、莖鎘顯著高于其他處理，穗鎘含量最低，F(xiàn)1和F3處理則表現(xiàn)為葉鎘含量顯著降低，穗鎘含量提高。至成熟期，糙米鎘含量在F1 處理下顯著降低28.57%，F(xiàn)3 處理下提高14.29%。結(jié)合成熟期鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，說明施用粒肥可促進(jìn)株兩優(yōu)819 根系對(duì)鎘的吸收并向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)，F(xiàn)1處理糙米鎘含量顯著降低，可能是因其產(chǎn)量顯著提高，而“稀釋”了糙米中鎘含量。

表1 早稻不同時(shí)期各部位鎘含量及成熟期鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和產(chǎn)量Table 1 Cd content of early rice of different parts in different stages and Cd transfer coefficient and yield in maturity stage

不同時(shí)期施用粒肥對(duì)陸兩優(yōu)996 乳熟期根鎘含量都沒有顯著影響，從陸兩優(yōu)996 地上部鎘含量來看，莖鎘含量在F1 處理下最高，顯著高于F2、F3 處理，葉和穗鎘含量在F3 處理下顯著高于其他處理。成熟期根、糙米鎘含量在F3 處理下顯著高于其他處理，莖葉鎘含量顯著高于CK、F2處理，其中F3處理糙米顯著較CK 提高92.31%，在F1 和F2 處理下則分別降低23.08%、38.46%。其可能原因?yàn)椋啾扔贔1 和F2處理，F(xiàn)3處理產(chǎn)量無顯著變化，但其根系和莖葉中鎘向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)提高，致使其糙米鎘含量顯著提高。

2.1.2 晚稻

對(duì)晚稻而言，處理對(duì)乳熟期葉鎘含量、產(chǎn)量影響不顯著，品種對(duì)乳熟期根、莖和成熟期莖葉鎘含量影響不顯著，處理和品種互作對(duì)乳熟期根、葉鎘含量及成熟期TF根?糙米影響不顯著（表2）。不同時(shí)期施用粒肥可降低湘晚秈12號(hào)乳熟期各部位鎘含量，且隨粒肥施用時(shí)間的推移呈逐漸降低的趨勢(shì)，尤其是葉和穗，兩者鎘含量較CK顯著降低（表2）。湘晚秈12號(hào)糙米鎘含量表現(xiàn)為F1>F3>CK>F2，F(xiàn)1 處理顯著較CK 提高30.00%，F(xiàn)2 處理較CK 降低10.00%。究其原因，F(xiàn)1處理在乳熟期穗中已積累較高量的鎘，在成熟期階段，鎘轉(zhuǎn)運(yùn)作用大于灌漿充實(shí)對(duì)籽粒鎘的“稀釋效應(yīng)”，而F3處理產(chǎn)量顯著提高，“稀釋效應(yīng)”增強(qiáng)，另外，其根和莖葉中鎘向糙米中轉(zhuǎn)運(yùn)也低于CK。

表2 晚稻不同時(shí)期各部位鎘含量及成熟期鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和產(chǎn)量Table 2 Cd content of late rice of different parts in different stages and Cd transfer coefficient and yield in maturity stage

玉針香乳熟期根、莖鎘含量在粒肥處理下顯著降低，分別降低39.57%～58.30%和48.78%～64.22%，且隨粒肥施用時(shí)間推移，其降鎘效應(yīng)減弱。與湘晚秈12 號(hào)不同之處在于，粒肥處理顯著提高了葉中鎘含量77.78%～88.89%，即將更多的鎘暫時(shí)“貯存”于葉當(dāng)中，而后隨葉衰老而重新分配轉(zhuǎn)運(yùn)至籽粒中。糙米鎘含量在F2 處理下較CK 顯著降低48.15%，F(xiàn)3 處理較F1、F2 處理顯著提高47.62%～121.43%，較CK 提高14.84%。從產(chǎn)量角度來看，F(xiàn)1和F2處理產(chǎn)量與CK相比差異未達(dá)到顯著水平，但根和莖葉中積累的鎘低于CK，糙米中分配得到的鎘隨之減少，而F3 則反之，這可能是處理間糙米鎘含量存在較大差異的原因。

2.2 后期施氮對(duì)雙季稻乳熟期亞細(xì)胞各組分鎘含量的影響

2.2.1 早稻

由表3 可知，早稻乳熟期根和葉細(xì)胞壁和細(xì)胞器鎘含量受處理影響顯著，品種對(duì)根細(xì)胞壁和細(xì)胞液鎘含量及葉細(xì)胞器鎘含量影響顯著，處理和品種互作僅對(duì)根細(xì)胞液鎘含量無顯著影響，對(duì)根亞細(xì)胞其他組分和葉細(xì)胞各組分鎘含量影響顯著。鎘在根亞細(xì)胞的分布整體上表現(xiàn)為細(xì)胞壁>細(xì)胞液>細(xì)胞器，且各組分的鎘含量大于地上部分對(duì)應(yīng)組分。株兩優(yōu)819 根細(xì)胞壁鎘含量在F1～F3 處理下較CK 降低11.72%～62.50%，且F1

表3 早稻乳熟期根、葉亞細(xì)胞鎘含量（mg·kg?1）Table 3 Subcellular Cd content of early rice root and leaf at milky stage（mg·kg?1）

葉亞細(xì)胞各組分鎘含量在CK條件下表現(xiàn)為細(xì)胞壁>細(xì)胞液>細(xì)胞器，在粒肥處理下各組分鎘含量變化較大。除細(xì)胞器F3 處理下降低25.00%外，株兩優(yōu)819 葉亞細(xì)胞各組分鎘含量在粒肥處理下均有所提高。其中，葉細(xì)胞壁組分提高20.00%～280.00%，在F3處理下顯著高于其他處理；細(xì)胞器組分在F1、F2處理下顯著增加237.50%～262.50%；細(xì)胞液組分增加33.33%～66.66%，F(xiàn)2 處理與CK 差異顯著。施用粒肥提高了陸兩優(yōu)996 葉細(xì)胞壁、細(xì)胞器組分鎘含量，降低了細(xì)胞液鎘含量，細(xì)胞壁、細(xì)胞器鎘含量分別在F2、F1 處理下顯著高于其他處理，各處理下細(xì)胞液鎘含量無顯著差異。

2.2.2 晚稻

由表4 可知，晚稻乳熟期根和葉亞細(xì)胞各組分鎘含量受處理影響顯著，品種僅對(duì)葉乳熟期細(xì)胞器鎘含量影響顯著，而處理和品種互作對(duì)根、葉細(xì)胞壁鎘含量無顯著影響，對(duì)其他兩組分鎘含量有顯著影響。晚稻根和葉亞細(xì)胞各組分中的鎘含量表現(xiàn)為細(xì)胞壁>細(xì)胞液>細(xì)胞器（表4）。湘晚秈12號(hào)和玉針香根亞細(xì)胞組分鎘含量在粒肥處理下的變化趨勢(shì)分別與株兩優(yōu)819 和陸兩優(yōu)996 基本保持一致，說明施用粒肥對(duì)不同稻季同一積累型水稻根亞細(xì)胞鎘分布影響一致。湘晚秈12 號(hào)根亞細(xì)胞各組分在F1 處理下最低，細(xì)胞器和細(xì)胞液組分鎘含量較CK 分別顯著降低40.00%和49.77%，相比CK，F(xiàn)2、F3 處理對(duì)根細(xì)胞各組分鎘含量無明顯影響。玉針香根細(xì)胞壁組分鎘含量表現(xiàn)為F2>CK>F1>F3，F(xiàn)2 較F1、F3 處理顯著增加，細(xì)胞器組分在F2 處理下顯著高于CK 和F1，細(xì)胞液組分在F3處理下顯著高于其他處理。

表4 晚稻乳熟期根、葉亞細(xì)胞鎘含量（mg·kg?1）Table 4 Subcellular Cd content of late rice root and leaf at milky stage（mg·kg?1）

湘晚秈12號(hào)葉細(xì)胞壁、細(xì)胞液組分鎘含量在F1、F2 處理下較CK 無明顯變化，在F3 處理下達(dá)到最高，其中F3 細(xì)胞液組分較CK 顯著增加，這點(diǎn)與株兩優(yōu)819 一致，說明灌漿期施用粒肥可提高低鎘積累品種細(xì)胞壁和細(xì)胞液組分對(duì)鎘的固持作用；細(xì)胞器組分在F2、F3 處理下顯著降低。施用粒肥對(duì)玉針香葉細(xì)胞壁組分鎘含量無明顯影響，細(xì)胞器鎘含量在F2 處理下顯著增加33.33%，細(xì)胞液鎘含量在F2、F3 處理下亦顯著增加。

2.3 后期施氮對(duì)雙季稻乳熟期亞細(xì)胞各組分鎘分配比例的影響

后期不施氮情況下，鎘在水稻根和葉中的分配比例為細(xì)胞壁>細(xì)胞液>細(xì)胞器（株兩優(yōu)819葉除外），后期施氮明顯改變了鎘在水稻乳熟期體內(nèi)亞細(xì)胞中的分配比例（圖1）。株兩優(yōu)819、陸兩優(yōu)996根細(xì)胞壁中鎘分配比例在粒肥處理下降低，株兩優(yōu)819 細(xì)胞壁鎘占比隨氮施入時(shí)間推移呈增加趨勢(shì)，陸兩優(yōu)則996 相反。株兩優(yōu)819、陸兩優(yōu)996 細(xì)胞器中鎘的分配比例分別增加0.32～7.58、8.38～37.51 個(gè)百分點(diǎn)，其中陸兩優(yōu)996 細(xì)胞器中鎘的分配比例在F2 處理時(shí)明顯高于其他處理。株兩優(yōu)819 細(xì)胞液中的鎘分配比例以F1最高，F(xiàn)2 次之，均高于CK；陸兩優(yōu)996 細(xì)胞液中鎘分配比例在F1、F3 處理下高于CK。粒肥處理對(duì)鎘在湘晚秈12 號(hào)根系中的分配比例影響較小，鎘在細(xì)胞壁中的分配比例為53.33%～64.53%，細(xì)胞液中為26.27%～31.35%，細(xì)胞器中僅有6.36%～9.20%。在CK條件下，玉針香根亞細(xì)胞各組分鎘分配比例分別為86.10%、2.41%和11.48%，在F1、F3 處理下細(xì)胞壁中鎘占比分別降低17.11、50.09 個(gè)百分點(diǎn)，細(xì)胞器中鎘分配比例在后期施氮處理下增加4.44～7.72 個(gè)百分點(diǎn)，細(xì)胞液中鎘占比在F1、F3 處理下分別增加12.68、44.57個(gè)百分點(diǎn)。

株兩優(yōu)819 葉細(xì)胞壁組分鎘占比在F1、F2 處理下降低19.94、19.61 個(gè)百分點(diǎn)，細(xì)胞器中鎘分配比例在F1、F2 處理下增加27.49、22.92 個(gè)百分點(diǎn)；F3 處理下，細(xì)胞壁組分鎘占比高達(dá)77.73%，而細(xì)胞器和細(xì)胞液中鎘占比則明顯降低。陸兩優(yōu)996 葉細(xì)胞壁中鎘分配比例在F1、F2處理下明顯提高，細(xì)胞器中鎘占比在F3處理下增加30.19個(gè)百分點(diǎn)，細(xì)胞液鎘占比在F3處理下降低17.67 個(gè)百分點(diǎn)。湘晚秈12 號(hào)、玉針香葉細(xì)胞壁、細(xì)胞器中鎘分配比例在后期施氮處理下降低，細(xì)胞液中鎘占比增加，湘晚秈12 號(hào)、玉針香葉細(xì)胞液組分鎘分配比例分別在F3、F2時(shí)達(dá)到最高。

2.4 相關(guān)性分析

水稻亞細(xì)胞鎘分配比例與鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和糙米鎘含量之間相關(guān)分析見表5。根、葉亞細(xì)胞各組分中鎘分配比例與糙米鎘含量沒有相關(guān)性，但與根、葉亞細(xì)胞各組分中鎘分配比例之間及鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在較好的相關(guān)性。其中，根細(xì)胞壁與根細(xì)胞器、根細(xì)胞液、葉細(xì)胞器、鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，根細(xì)胞器與葉細(xì)胞液顯著負(fù)相關(guān)，根細(xì)胞器與鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著正相關(guān)。葉細(xì)胞壁與葉細(xì)胞器極顯著負(fù)相關(guān)，葉細(xì)胞器和葉細(xì)胞液極顯著負(fù)相關(guān)，葉細(xì)胞器和TF根?莖葉顯著正相關(guān)，葉細(xì)胞液和TF根?莖葉顯著負(fù)相關(guān)。TF根?莖葉、TF莖葉?糙米兩者與TF根?糙米極顯著正相關(guān)，TF莖葉?糙米與糙米鎘含量極顯著正相關(guān)。由此可知，降低根細(xì)胞器中鎘分配比例有利于減少水稻植株中鎘向籽粒中轉(zhuǎn)移，而糙米鎘含量主要取決于莖葉中鎘向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)。

表5 水稻亞細(xì)胞鎘分配比例與鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和糙米鎘含量之間相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of distribution ration of Cd in subcellular and Cd content of brown rice and Cd transfer coefficient

3 討論

水稻籽粒灌漿所需的光合同化產(chǎn)物來自于花后光合作用和開花前儲(chǔ)存在莖和其他器官的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，后者對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)約占1/6～1/3，其量的多寡取決于生長(zhǎng)條件和氮素供應(yīng)水平，此外，花前儲(chǔ)存物質(zhì)還是啟動(dòng)灌漿的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其轉(zhuǎn)運(yùn)速率和轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)灌漿初期籽粒庫的活性起重要作用[18?19]。水稻齊穗后，生長(zhǎng)環(huán)境中有效鎘含量較低時(shí)，籽粒鎘來源于前期儲(chǔ)存在根系和莖稈中的鎘和根系吸收與直接運(yùn)輸；生長(zhǎng)環(huán)境中有效鎘含量較豐富條件下，籽粒鎘主要來源于生長(zhǎng)介質(zhì)，少部分來自各器官的轉(zhuǎn)移[13]。灌漿時(shí)水稻物質(zhì)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)運(yùn)及合成較快，水稻根系在此階段吸收的鎘可被快速運(yùn)輸至籽粒中[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)期施用粒肥對(duì)不同稻季低鎘積累品種糙米鎘含量影響存在差異，早稻低鎘積累品種株兩優(yōu)819 在始穗期施氮處理下糙米鎘含量顯著降低，晚稻低鎘積累品種湘晚秈12 號(hào)則顯著提高，齊穗期和灌漿期施氮對(duì)兩者糙米鎘含量沒有明顯影響。不同稻季高鎘積累品種糙米鎘含量均在齊穗期施氮處理下顯著降低，灌漿期施氮處理下顯著提高。說明在齊穗期施氮對(duì)低鎘品種糙米鎘含量影響較小，但可顯著降低高鎘品種的糙米鎘含量，在灌漿期施氮?jiǎng)t促進(jìn)稻米鎘積累。

尿素施入土壤后，經(jīng)土壤微生物作用生成的脲酶水解生成氨和含氮氧化物，可在短期內(nèi)提高土壤pH，而后發(fā)生硝化反應(yīng)，酸化土壤，使土壤中鎘的活性提高[8，20]。楊錨等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在淹水條件下，施入尿素可顯著提高土壤pH 值，顯著降低土壤水溶態(tài)鎘含量和有效態(tài)鎘含量，隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，水溶態(tài)鎘含量降低幅度和土壤pH 值提升幅度減弱。另有報(bào)道指出，施入適量尿素5 d 后，土壤pH 顯著提高，而后緩慢回落趨于中性，在60 d 時(shí)顯著降低，土壤有效鎘含量與土壤pH 值呈線性負(fù)相關(guān)，籽粒鎘含量顯著降低[11，22]。本研究中，F(xiàn)1、F2處理相比于F3處理，施氮時(shí)間前移，在尿素施入土壤后，土壤pH 經(jīng)歷“先升后降”的變化趨勢(shì)，可致使水稻在此期間鎘積累量減少，進(jìn)而使籽粒在灌漿至成熟階段分配、轉(zhuǎn)運(yùn)得到的鎘總量降低，這可能是灌漿期施氮（F3）處理下，株兩優(yōu)819、陸兩優(yōu)996糙米鎘含量高于始穗期（F1）和齊穗期施氮（F2）的原因之一；此外，F(xiàn)3 處理促進(jìn)了根和莖葉中的鎘向籽粒轉(zhuǎn)移（TF莖葉?糙米和TF根?糙米顯著提高，表1）。對(duì)湘晚秈12 號(hào)、玉針香而言，其根和莖葉中的鎘向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)雖降低（表2），但因其前期積累在根、莖葉中的鎘顯著高于其他處理，致使籽粒在后期分配得到的鎘增加。

植物對(duì)重金屬的耐受性與植物對(duì)重金屬的吸收運(yùn)輸、重金屬在植物細(xì)胞各部位的分布及與體內(nèi)物質(zhì)的結(jié)合形態(tài)密切相關(guān)，細(xì)胞壁固持和液泡區(qū)隔化在提高植物對(duì)重金屬的耐性和富集能力方面起著主要作用。養(yǎng)分輸入對(duì)水稻細(xì)胞各組分中鎘的分布影響顯著[23?27]。適量施用尿素，一方面可以在短期內(nèi)降低土壤有效鎘含量，降低水稻在這期間的鎘積累量，另一方面，細(xì)胞壁中富含果膠、纖維素等多糖分子及羥基、羧基、醛基和磷酸基等親金屬離子的配位基團(tuán)[28]，施氮可增加根細(xì)胞壁中果膠和半纖維素含量，增加金屬硫蛋白、植物螯合蛋白合成酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，促進(jìn)細(xì)胞壁和液泡對(duì)鎘的固定、區(qū)隔化，減少鎘向細(xì)胞器運(yùn)輸[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，在CK 條件下，4 個(gè)品種乳熟期根和葉細(xì)胞中鎘含量和分配比例均表現(xiàn)為細(xì)胞壁>細(xì)胞液>細(xì)胞器，這與前人研究結(jié)果一致[24]。在早稻季中，低鎘積累品種株兩優(yōu)819 根細(xì)胞壁、細(xì)胞液鎘含量顯著高于高鎘積累品種陸兩優(yōu)996（表3），這與唐杰等[29]研究結(jié)果一致，而晚稻季不同積累型品種根細(xì)胞各組分鎘含量并無明顯差異。水稻根系直接與外界環(huán)境接觸，是水稻從外界環(huán)境中吸收所需養(yǎng)分最關(guān)鍵的部位，土壤中的鎘可通過占用鋅、鐵、錳等特異度較低的陽離子通道進(jìn)入植株體內(nèi)，鎘離子還可以通過鋅、鈣轉(zhuǎn)運(yùn)通道與鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，以共質(zhì)體途徑進(jìn)入根表皮細(xì)胞[30]。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的鎘可對(duì)原生質(zhì)體產(chǎn)生毒害作用，例如破壞葉綠體膜、破壞線粒體膜、損傷細(xì)胞核仁、抑制核糖核酸酶活性、改變RNA 合成等[31]。根系細(xì)胞壁是水稻防御鎘毒害的第一道屏障，細(xì)胞器是主要生理場(chǎng)所，提高根細(xì)胞壁中鎘分配比例，有利于減少鎘向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究發(fā)現(xiàn)，根細(xì)胞器組分中鎘分配比例與鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著正相關(guān)（表5），始穗期施氮（F1）處理下雙季稻4 個(gè)品種乳熟期根細(xì)胞器組分鎘含量最低；理論上來講，F(xiàn)1 處理下糙米鎘含量理應(yīng)最低，而事實(shí)上，僅株兩優(yōu)819糙米鎘含量在F1處理下相符，其原因可能為株兩優(yōu)819產(chǎn)量在F1處理下顯著提高，對(duì)糙米中鎘起“稀釋”作用。因此，在大田生產(chǎn)中，可考慮從提高水稻細(xì)胞耐鎘性和產(chǎn)量出發(fā)，在抽穗至灌漿期間適量施氮來調(diào)控水稻籽粒鎘含量。

4 結(jié)論

（1）始穗期施氮可顯著降低低鎘積累品種株兩優(yōu)819 糙米鎘含量，齊穗期施氮可顯著降低高鎘積累品種陸兩優(yōu)996 和玉針香糙米鎘含量，灌漿期施氮提高糙米鎘含量。

（2）始穗期至灌漿期階段施氮可提高水稻乳熟期根細(xì)胞器中的鎘分配比例；根細(xì)胞壁中鎘的分配比例與鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，根細(xì)胞器中鎘的分配比例與鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著正相關(guān)。