摘 要 汞礦區(qū)稻米汞污染問(wèn)題引起廣泛關(guān)注，因此尋找低汞累積水稻品種迫在眉睫。汞污染稻田種植可嘗試突破常規(guī)雜交稻品種篩選，選擇旱稻作為目標(biāo)品種?；诖?，選擇秈稻旱優(yōu)73與粳稻鄭旱10號(hào)2個(gè)旱稻品種，通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了不同旱稻品種對(duì)土壤中汞的吸收積累與轉(zhuǎn)運(yùn)特征。試驗(yàn)結(jié)果表明：1）對(duì)于秈稻而言，與CK相比，隨著汞濃度的增加，各器官的生物量均有所增加，但是產(chǎn)量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。2）對(duì)于粳稻而言，不同濃度的汞處理對(duì)莖與產(chǎn)量無(wú)影響，2.5 mg·kg-1處理下顯著增加了根的生物量，而5 mg·kg-1處理下顯著降低了葉的生物量。3）汞脅迫下，旱稻各器官的汞含量均增加，在相同汞濃度處理的粳稻各器官的汞含量均大于秈稻，但兩者糙米差異性并不顯著，其中在5 mg·kg-1時(shí)，糙米中汞含量為14.63～16.23 μg·kg-1，含量明顯低于我國(guó)稻米中汞含量限值（20 μg·kg-1） 。4）汞積累量與汞轉(zhuǎn)移系數(shù)秈稻大于粳稻，兩品種對(duì)汞的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，說(shuō)明汞在旱稻體內(nèi)不易于轉(zhuǎn)運(yùn)與遷移。5）粳稻耐汞性較強(qiáng)，秈稻糙米汞含量與汞轉(zhuǎn)移能力較低，這說(shuō)明在低汞污染土地上種植旱稻，生產(chǎn)的稻米符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 旱稻；汞；吸收轉(zhuǎn)運(yùn)；積累；旱優(yōu)73；鄭旱10號(hào)

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.03.017

汞是唯一以單質(zhì)氣態(tài)（Hg0）存在于大氣中的重金屬，參與全球大氣循環(huán)進(jìn)行跨國(guó)界傳輸，被定義為全球污染物[1]。汞的毒性效應(yīng)與形態(tài)密切相關(guān)，每年約有800萬(wàn)人面臨著環(huán)境中不同形式的汞暴露風(fēng)險(xiǎn)[2]。最新全國(guó)土壤質(zhì)量調(diào)查結(jié)果顯示，大約1.6%的農(nóng)用地土壤汞超過(guò)了Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)（總汞）[3]。水稻是重要的糧食作物，也是易吸收富集汞的農(nóng)作物之一。研究表明，稻米中總汞含量為旱地作物總汞（THg）的1.9倍，生物富系數(shù)是旱地作物的5.2倍[4]。稻米中總汞對(duì)居民健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)達(dá)到了1.7%～12%[5]。在亞洲和美國(guó)，稻農(nóng)面臨著減少種植水稻淡水使用的壓力。水稻在種植過(guò)程中會(huì)造成大量的甲烷排放，并且加劇地下水的枯竭[6]。旱稻作為水稻的一種旱生類型，被譽(yù)為“21世紀(jì)的新能源”，具有耐旱性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)。在全球水資源短缺的情況下，發(fā)展旱稻生產(chǎn)對(duì)保障糧食安全具有重要意義[7]。旱稻在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理方面與水稻都有著很大的差別[8]。旱稻所具有的特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理特征，對(duì)重金屬吸收與積累有著重要影響[9]。另外，水管理已被證明是顯著減少鎘和砷生物積累的有效手段[6，9]。水分條件可改變土壤pH、Eh及有機(jī)質(zhì)含量等土壤性質(zhì)，從而影響土壤重金屬含量及其形態(tài)的變化，進(jìn)而對(duì)農(nóng)作物吸收產(chǎn)生影響[10]。研究發(fā)現(xiàn)，水稻生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)稻田灌溉水量的人為控制（階段性落干）可以顯著影響稻米對(duì)汞的富集程度[11]。依艷麗等研究表明，在土壤中添加外源汞后，與20%或70%含水量相比，淹水處理下水溶態(tài)汞下降更快，且酸溶態(tài)汞的含量逐漸降低[12]。節(jié)水型水稻中總汞含量均顯著低于普通干濕交替環(huán)境中生長(zhǎng)發(fā)育的水稻。另外，研究發(fā)現(xiàn)落干環(huán)境（好氧環(huán)境）顯著降低了土壤中汞的生物可利用性[13-14]。因此，適當(dāng)?shù)乃止芾砜赡苁菧p少水稻籽粒中總汞積累的一條有希望的途徑。

目前，關(guān)于旱稻對(duì)汞的吸收富集研究鮮有報(bào)道。因此，本研究通過(guò)旱稻盆栽試驗(yàn)，以三系秈型雜交旱稻旱優(yōu)73和粳型常規(guī)旱稻鄭旱10號(hào)作為研究對(duì)象，研究不同旱稻品種吸收、累積和轉(zhuǎn)運(yùn)汞的差異性，進(jìn)而為稻米汞污染控制提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)解決汞污染農(nóng)田的稻米安全問(wèn)題提供了新思路。

1" 材料與方法

1.1" 供試材料

1.1.1" 土壤

采自湖南省衡陽(yáng)市珠暉區(qū)附近郊區(qū)，土壤類型為沖積水稻土，采集0～20 cm表層土。土壤pH值為5.97、有機(jī)質(zhì)含量2.93%，全磷含量0.8 g·kg-1，速效磷含量3.38 mg·kg-1，速效鉀含量80 mg·kg-1。人為添加氯化汞，制成汞含量為2.5、5 mg·kg-1的土樣，混勻，加水濕潤(rùn)老化1個(gè)月后使用。

1.1.2" 水稻品種

供試旱稻品系為旱優(yōu)73（三系秈型節(jié)水抗旱稻）和粳型常規(guī)旱稻鄭旱10號(hào)。

1.2" 試驗(yàn)方法

1.2.1" 培養(yǎng)試驗(yàn)

采用盆栽試驗(yàn)方法，每盆裝土壤4.5 kg，并按N∶P2O5∶K2O＝2∶1∶3（質(zhì)量比）施入基肥尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。試驗(yàn)設(shè)CK（不加Hg）、2.5 mg·kg-1、5 mg·kg-1 3個(gè)汞處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。種子先用10%H2O2浸泡15 min，然后用去離子水清洗2～3遍，提供20%Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。采取直播的方法，每盆播種8～10粒，待旱稻生長(zhǎng)出第3片真葉時(shí)定植，定植時(shí)每盆留3株。在旱稻生長(zhǎng)期間，分別在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和孕穗期各追肥1次。在水稻生長(zhǎng)的分蘗期、抽穗期、灌漿期、成熟期測(cè)量株高。成熟期采集土樣并裝于自封袋。旱稻成熟期后，分別采集根、莖、葉、稻谷。清洗干凈后在105 ℃殺青30 min后，將溫度調(diào)至75 ℃，烘干至恒重，并粉碎過(guò)100目篩，備用。

1.2.2" 測(cè)定方法

土壤樣品的總汞含量采用王水水浴消解-冷原子熒光法（F-732型測(cè)汞儀，上海華光儀器儀表廠）測(cè)定[15]；植物樣品的總汞采用硝酸水浴消解-冷原子熒光光譜法（F-732型測(cè)汞儀）測(cè)定[16]。土壤總汞采用國(guó)家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-水稻土GBW07443（GSS-5）進(jìn)行質(zhì)量控制，植物總汞使用國(guó)家植物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-柑橘葉GBW10020（GSB-20）進(jìn)行質(zhì)量控制，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率為80%～120%。

1.3" 數(shù)據(jù)處理分析

1.3.1" 遷移系數(shù)（Translocation factors，TF）

遷移系數(shù)用于表征植物各器官間重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)，其計(jì)算方式如下。

TF= [C植物體C環(huán)境]

式中：C植物體為植物體中某重金屬元素含量（ng·kg-1）；C環(huán)境為土壤或水體中對(duì)應(yīng)的重金屬元素含量（ng·kg-1）

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)使用Excel整理，Origin軟件制作圖形，SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析，數(shù)據(jù)顯著性差異運(yùn)用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（α=0.05），相關(guān)系數(shù)采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)。表中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 汞對(duì)旱稻生物量及不同生長(zhǎng)期株高的影響

2.1.1" 汞對(duì)旱稻生物量的影響

不同汞濃度對(duì)不同品種旱稻各器官生物量的影響（見(jiàn)表1）。1）對(duì)于秈稻而言，與CK相比，隨著汞濃度的增加，根、莖、葉生物量均有所增加，而糙米呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，其中在5 mg·kg-1汞處理下，莖的生物量增加68.84%，而糙米降低27.12%。在5 mg·kg-1汞處理下顯著降低了其糙米產(chǎn)量（p＜0.05）。2）對(duì)于粳稻而言，2.5 mg·kg-1汞處理下根、葉的生物量較CK分別提高了64.31%、5.6%。5 mg·kg-1汞處理下，根和葉生物量較CK降低了27.9%～49.54%，不同濃度的汞處理對(duì)其糙米影響并不顯著。不同濃度的汞處理對(duì)莖生物量與糙米產(chǎn)量影響并不顯著（p＞0.05），而2.5 mg·kg-1汞處理下顯著增加了根的生物量（p＜0.05），5 mg·kg-1處理下顯著降低了葉的生物量（p＜0.05）。

2.1.2" 汞脅迫對(duì)不同生長(zhǎng)期株高的影響

由圖1可知，1）對(duì)于秈稻而言，在分蘗期不同汞濃度處理下的株高差異并不顯著（p＞0.05），在抽穗期5 mg·kg-1汞處理抑制了旱稻的生長(zhǎng)，其影響達(dá)到了顯著差異（p＜0.05）。在灌漿期與成熟期2.5 mg·kg-1汞處理的株高反而降低了2.37%～2.82%。2）對(duì)于粳稻而言，在分蘗期5 mg·kg-1汞處理株高低于對(duì)照7.99%，達(dá)到顯著性差異（p＜0.05），而在抽穗期、灌漿期和成熟期，5 mg·kg-1汞處理增加了株高，達(dá)到了顯著性差異（p＜0.05）。對(duì)比粳稻和秈稻發(fā)現(xiàn)，在各生育期秈稻株高均大于粳稻。

2.3" 不同旱稻品種各器官中汞的吸收與積累

2.3.1" 旱稻不同器官中汞的含量

旱稻各器官對(duì)汞的吸收情況（見(jiàn)圖2），隨著土壤汞含量的增加，粳稻與秈稻器官中總汞含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在不同的處理下，旱稻器官中的汞含量從高到低依次為根＞梗＞葉＞殼＞莖＞米。根系總汞含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上部組織，這是植物保護(hù)其敏感的地上部分免受金屬脅迫的一種策略[17]。對(duì)于秈稻，較CK而言，不同濃度的汞處理下，各器官汞含量均有所增加，其中根部增加幅度最大，梗部增加幅度最小。比較粳稻與秈稻之間糙米汞平均含量發(fā)現(xiàn)，兩者之間沒(méi)有顯著性差異（p＞0.05），其中秈稻的糙米汞含量較少。在汞含量2.5 mg·kg-1處理，兩品種糙米的汞含量為8.52～9.96 μg·kg-1。5 mg·kg-1處理，糙米汞含量為14.63～16.23 μg·kg-1。總體而言，較CK而言，兩品種不同濃度的汞處理下各器官汞含量均有所增加，其中根部增加幅度最大，梗部增加幅度最小。

2.3.2 旱稻各器官中汞積累量

每株水稻地上部莖、葉、籽粒中汞累積量反映該品種蓄積汞的真實(shí)水平，可通過(guò)各器官汞含量乘以生物量計(jì)算獲得。從表2可知，隨著土壤汞濃度的增加，不同品種旱稻各器官中的汞積累量呈增加趨勢(shì)。相同處理下，旱稻地上部中汞的累積量不同，1）對(duì)于秈稻而言，整體表現(xiàn)為根最大，其次是籽粒，莖葉汞積累量最??；2）對(duì)于粳稻而言，整體表現(xiàn)為根最大，其次是葉，穎殼汞積累量最小。不同處理下，秈稻地上部中的汞累積量顯著大于粳稻，因此旱稻品種具有地上部高積累汞的生物性能。

由圖3可知，不同汞處理下兩品種旱稻的各器官汞分配比例，對(duì)比不同處理，CK處理各器官中根、糙米及穎殼的分配比率秈稻大于粳稻，其余器官則小于粳稻。在2.5 mg·kg-1與5 mg·kg-1汞處理時(shí)，除了根的分配比率秈稻大于粳稻，其余器官均小于粳稻。對(duì)比同一品種的不同處理，相較于CK，2.5、5 mg·kg-1處理，根的分配比率有所增加，其他器官分配比率均減少?？傮w來(lái)看，秈稻根的汞分配比率遠(yuǎn)大于粳稻，而莖、葉和糙米的汞分配比率遠(yuǎn)小于粳稻。

2.4" 旱稻對(duì)汞的生物轉(zhuǎn)運(yùn)特征

汞在水稻植株中向上的轉(zhuǎn)運(yùn)效率通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來(lái)反映。由表3可知，隨著土壤汞含量的增加，各器官對(duì)汞的轉(zhuǎn)運(yùn)能力降低，且濃度越高，植物體對(duì)汞的轉(zhuǎn)移能力越低，并且2個(gè)品種均表現(xiàn)出梗的總汞轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)增加比例最大，糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)增加比例最小。對(duì)于秈稻，較CK而言，2.5 mg·kg-1處理糙米的增加比例最小，為70.42%；5 mg·kg-1處理梗的增加比例最大，為91.24%。對(duì)于粳稻，其轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)變化趨勢(shì)與秈稻一致。2.5 mg·kg-1處理時(shí)，與CK相比，糙米的總汞轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)增加比例最小，為72.92%；5 mg·kg-1處理梗的增加比例最大，達(dá)到了93.17%。

對(duì)比不同品種發(fā)現(xiàn)，除了在5 mg·kg-1處理下，根和梗的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)秈稻要大于粳稻，在其他情況下，粳稻各部位的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均高于秈稻。所有試驗(yàn)旱稻品種轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，說(shuō)明試驗(yàn)的2個(gè)旱稻品種吸收的汞不易在植株體內(nèi)遷移。

3" 討論與結(jié)論

3.1" 討論

不同濃度的重金屬脅迫會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生不同程度的毒性效應(yīng)，從而抑制植物生長(zhǎng)。但也有研究表明，在一定濃度范圍的汞可以刺激植物生長(zhǎng)，增加其生物量[18]，這與本文研究結(jié)果相似。但是超過(guò)某一濃度后隨著汞濃度的增加，秈稻產(chǎn)量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，表明秈稻的耐汞性差，而粳稻的產(chǎn)量差異并不顯著。對(duì)比2品種不同生長(zhǎng)期的株高發(fā)現(xiàn)，不同的汞濃度對(duì)其株高總體來(lái)說(shuō)差異并不顯著。

3.1.1" 旱稻較水稻吸收積累汞弱

本研究中發(fā)現(xiàn)，兩者在5 mg·kg-1汞濃度處理下，糙米汞含量為14.63～16.23 μg·kg-1，含量低于我國(guó)水稻籽粒中汞含量，與水稻相比，旱稻其落干好氧的種植環(huán)境減少了土壤中汞的有效性和植株體內(nèi)汞的積累量。當(dāng)土壤處于落干狀態(tài)時(shí)，土壤通氣性增強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)分解增多及氧化還原電位升高，厭氧微生物（主要為硫酸鹽還原菌）的數(shù)量及種群密度減少，減少了土壤溶液的汞濃度[19]。此外，土壤中的鐵錳氧化物在好氧條件下通過(guò)吸附或者沉淀作用固定了土壤孔隙水中溶解態(tài)汞的濃度[20]。水稻在淹水過(guò)程中產(chǎn)生的厭氧條件加劇了亞砷酸鹽的移動(dòng)，提高了水稻對(duì)汞的生物利用度，而水稻籽粒中的總汞濃度與水稻土中生物可利用汞的含量顯著相關(guān)，好氧處理可以減少籽粒中的汞濃度。由于根系與土壤中重金屬直接接觸，根系的形態(tài)、生理活性及根系微生物等會(huì)影響植物的許多吸收過(guò)程，特別是從土壤中吸收有毒元素并通過(guò)木質(zhì)部組織轉(zhuǎn)移到莖或葉，因此在植物體內(nèi)重金屬的積累中起著主導(dǎo)作用[21]。與水稻相比，旱稻的根系更發(fā)達(dá)，根粗，根內(nèi)導(dǎo)管的面積和數(shù)量遠(yuǎn)大于水稻，根的滲透壓和吸水能力強(qiáng)[22]，水稻分泌有機(jī)酸的能力較強(qiáng)，根際有機(jī)酸能調(diào)節(jié)根際微生物環(huán)境，并且與重金屬離子螯合或者絡(luò)合，影響重金屬生物遷移[23]。但是也有研究表明，根系分泌的有機(jī)酸較多，可能會(huì)增加鐵元素的豐度，從而抑制鐵元素的形成從而提高根際汞的生物利用度[24]。水稻籽粒中的汞主要來(lái)自根吸收的土壤汞，旱稻與水稻根的汞吸收能力不同，這也可能是造成旱稻籽粒汞含量小于水稻的一個(gè)原因。

3.1.2" 秈稻在籽粒中積累的汞含量低于粳稻基因型

已有研究表明秈稻在籽粒中積累的汞含量低于粳稻基因型。這些結(jié)果可能與水稻基因型的生理生態(tài)特性有關(guān)，包括根際泌氧（ROL） 、根表鐵膜形成、有機(jī)酸分泌和根系解剖[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，汞在粳稻與秈稻中的積累與分配存在著差異，但是兩者糙米中的汞含量相差大。水稻根際土壤中的總汞可以被根表鐵膜有效吸附，極大地阻礙了汞向水稻植株的運(yùn)輸[25]。粳稻品種的通氣組織（孔隙度）和滲氧量（率）都比秈稻品種高[26]，能在根表和根際形成較多的鐵膜，進(jìn)而將更多的總汞固定在根表和根際，從而減少了總汞往地上部的運(yùn)輸和積累，導(dǎo)致兩者對(duì)汞的吸收積累與分配存在著一定的差異。同時(shí)，研究表明，粳稻較秈稻而言，分泌有機(jī)酸的能力較強(qiáng)，汞暴露可誘導(dǎo)水稻根系分泌有機(jī)酸的數(shù)量和組成發(fā)生變化。有機(jī)酸可以影響汞元素在根際的流動(dòng)性，進(jìn)而影響植物對(duì)有毒元素的吸收[27]。這些有機(jī)酸可以通過(guò)螯合或沉淀幫助“排除”根部汞[28]。同時(shí)它們可能與汞形成復(fù)合物，增強(qiáng)其流動(dòng)性和生物利用度，從而導(dǎo)致植物對(duì)其更高的吸收[29]。但兩者糙米的總汞含量差異不大，這與前人的研究結(jié)果不同[30]。本研究中發(fā)現(xiàn)秈稻和粳稻總汞分配比率存在很大的差異，總汞內(nèi)在分配的差異是引起植物積累重金屬存在差異的原因[31]，雖然秈稻向莖葉運(yùn)輸?shù)目偣h(yuǎn)遠(yuǎn)小于粳稻，但是其根部吸收了更多的汞，從而導(dǎo)致秈稻籽粒累積的汞含量并沒(méi)有顯著小于粳稻?？偣谥参镏修D(zhuǎn)移特征是影響水稻不同部位吸收總汞差異的另一個(gè)重要原因，水稻莖中富集的汞主要來(lái)自土壤，在本研究中，粳稻莖部汞含量顯著大于秈稻，表明粳稻對(duì)土壤汞的吸收能力更強(qiáng)，各器官的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)整體來(lái)說(shuō)秈稻＞粳稻，這與前人研究結(jié)果一致[32]。雖然粳稻對(duì)土壤汞的吸收能力更強(qiáng)，但是秈稻與粳稻對(duì)汞的轉(zhuǎn)移能力的差異從而導(dǎo)致兩者糙米汞含量相差不大。另外，本研究中秈稻的各器官生物量顯著大于粳稻，較大的生物量可以稀釋重金屬，稱為“生長(zhǎng)稀釋效應(yīng)”，也可能導(dǎo)致兩者糙米汞含量差異很小。

3.2" 結(jié)論

本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)，選取秈稻和粳稻2個(gè)旱稻品種，比較兩者在不同濃度汞處理下生物量，汞吸收積累及汞轉(zhuǎn)移系數(shù)的差異，得到以下結(jié)論。

1）對(duì)比來(lái)看粳稻的耐汞性較強(qiáng)，秈稻稻米中的汞含量較低，兩者在5 mg·kg-1汞濃度處理下，糙米汞含量為14.63～16.23 μg·kg-1，含量低于我國(guó)稻米中Hg含量限值（20 μg·kg-1）。

2）各部位的轉(zhuǎn)移系數(shù)秈稻＜粳稻，并且濃度越高，植物體對(duì)汞的轉(zhuǎn)移能力越低。兩品種對(duì)汞的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均小于1，說(shuō)明旱稻對(duì)汞不易于富集轉(zhuǎn)運(yùn)與遷移，更容易在低汞污染區(qū)種植。因此，在汞污染區(qū)選擇旱稻種植來(lái)降低稻米汞含量將可能是一種新途徑。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42077297）。

作者簡(jiǎn)介：屈亞萍（1998—），碩士，主要從事土壤環(huán)境與重金屬污染修復(fù)。E-mail：2320097907@qq.com。

*為通信作者，E-mail：zhongzsq@hynu.edu.cn。