不同水稻品種鎘積累特性差異研究

蔣 芬，范永義，范存留，楊國濤，敬銀欽，韋葉娜，趙 祥，胡運(yùn)高

（西南科技大學(xué)水稻研究所，四川綿陽621010）

不同水稻品種鎘積累特性差異研究

蔣 芬，范永義，范存留，楊國濤，敬銀欽，韋葉娜，趙 祥，胡運(yùn)高

（西南科技大學(xué)水稻研究所，四川綿陽621010）

以水稻品種昌豐B、中9B、協(xié)青早B和地谷B為材料，采用火焰原子吸收法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，在不同鎘脅迫濃度下對(duì)各水稻品種中鎘的積累差異進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在低、中等的鎘處理濃度下，籽粒中鎘含量表現(xiàn)為中9B＞昌豐B＞協(xié)青早B＞地谷B，中9B籽粒中鎘含量隨鎘脅迫濃度的增加急劇降低；營養(yǎng)器官中鎘含量表現(xiàn)為中9B＞地谷B＞昌豐B＞協(xié)青早B，品種間各營養(yǎng)器官的鎘含量變化趨勢(shì)存在差異。

水稻品種；鎘；積累特性；差異比較

鎘為有毒重金屬，不加以控制會(huì)造成嚴(yán)重的鎘污染，對(duì)土壤、動(dòng)植物及人體造成一定程度的危害。若土壤中含有高濃度的鎘會(huì)抑制農(nóng)作物生長(zhǎng)，影響作物產(chǎn)量[1-2]。隨著我國人口的增長(zhǎng)、工業(yè)的迅速發(fā)展以及化學(xué)農(nóng)藥的大量使用，土壤鎘污染日益加重[3]。水稻是我國的主要糧食作物之一，如果稻田被鎘污染，將會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)會(huì)造成一定的影響。有研究表明不同水稻品種籽粒中鎘含量存在顯著差異[4-5]。前人研究水稻吸收鎘多只考慮了單一鎘濃度脅迫，對(duì)不同鎘濃度脅迫下水稻中鎘的積累研究較少。筆者以水稻品種昌豐B、中9B、協(xié)青早B和地谷B為材料，采用火焰原子吸收法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，在不同鎘脅迫濃度下對(duì)各水稻品種中鎘的積累差異進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試水稻品種為昌豐B、中9B、協(xié)青早B和地谷B，以上材料均由西南科技大學(xué)水稻研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2013年在西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院盆栽場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。用26.5 cm×38.6 cm的塑料缽裝7.5 kg風(fēng)干土，自來水浸泡5 d，且每盆施1 g復(fù)合肥作為底肥。試驗(yàn)采用雙因素全排列設(shè)計(jì)，主要研究不同品種水稻對(duì)鎘積累規(guī)律。A因素為水稻品種，下設(shè)4個(gè)水平，即4個(gè)水稻品種；B因素為鎘脅迫濃度，下設(shè)7個(gè)水平，鎘脅迫濃度分別為0、25、50、75、100、400、800μmol/L。每個(gè)處理澆灌200ML鎘處理液。

1.3 測(cè)定方法及指標(biāo)

1.3.1 樣品的采集與預(yù)處理 水稻進(jìn)入蠟熟期時(shí)，先將各株的稻穗標(biāo)號(hào)采集，然后先用自來水將整株稻株洗凈，再用去離子水沖洗一遍。分別收集稻株的根、莖、葉等3個(gè)部位，并做好標(biāo)記。將收集好的樣品分別用信封袋裝好，放入烘箱中105℃殺青30Min，然后80℃烘干至恒重，磨碎后分別稱取0.5 g裝入封口塑料袋中備用。

1.3.2 樣品的消解 試驗(yàn)采用HNO3+H2O2聯(lián)合比例為12∶2的微波消解法。將稱好的試樣0.5 g（精確至0.0001g）于聚四氟乙烯消解管中，加入12.0MLHNO3，稍后往管內(nèi)補(bǔ)加2.0ML質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的H2O2，混合均勻后密閉裝罐。將罐置于微波消解儀中，按設(shè)定好的消解程序開始自動(dòng)消化，消解完畢后取出消解罐，冷卻后開外罐，將消解液用超純水定容至25ML，封口待測(cè)。

1.3.3 根、莖、葉樣品中鎘含量的測(cè)定 采取火焰原子吸收法測(cè)定各水稻品種根、莖、葉樣品中的鎘含量。將1mg/ML的標(biāo)準(zhǔn)鎘儲(chǔ)備液稀釋成濃度分別為0、0.025、0.050、0.100、0.150、0.250、0.500mg/ML的標(biāo)準(zhǔn)系列使用液。設(shè)定好儀器工作參數(shù)后將上述系列溶液依次導(dǎo)入火焰原子化器，測(cè)量其吸光值，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后依次將消解樣品導(dǎo)入測(cè)定。

1.3.4 籽粒樣品中鎘含量的測(cè)定 采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法來測(cè)定各水稻品種籽粒樣品中的鎘含量。將1mg/ML的標(biāo)準(zhǔn)鎘儲(chǔ)備液稀釋成濃度分別為0、2.0、5.0、7.5、10、20μg/ML的標(biāo)準(zhǔn)系列使用液，并將其依次送入設(shè)定好工作條件的儀器中測(cè)定，繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，隨后依次將消解樣品導(dǎo)入測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)整理及計(jì)算用MicrosoftExcel整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種根系鎘積累差異比較

如圖1所示，在不同濃度鎘脅迫下，不同水稻品種的根中鎘含量變化趨勢(shì)不同。昌豐B（400μmol/L）、協(xié)青早B（400μmol/L）、地谷B（100μmol/L）都只存在 1個(gè)吸收峰，而中 9B分別于 50μmol/L、400 μmol/L各存在1個(gè)吸收峰值，且當(dāng)鎘濃度為 50 μmol/L時(shí)，吸收量最大，明顯高于其余3個(gè)品種。當(dāng)鎘的濃度大于100μmol/L時(shí)，昌豐B、中9B及協(xié)青早B根部鎘含量隨著濃度升高而增加，而地谷B反而降低。

2.2 不同水稻品種籽粒中鎘積累差異比較

如圖2所示，在同一鎘脅迫濃度下不同水稻品種的籽粒中鎘含量差異較大，在鎘脅迫濃度分別為25、75、400μmol/L時(shí)，籽粒中鎘含量在水稻品種間差異顯著，表現(xiàn)為中9B＞昌豐B＞協(xié)青早B＞地谷B；協(xié)青早B中鎘含量伴隨鎘濃度增加而增加，在高鎘濃度下最大；在低濃度鎘脅迫下，昌豐B和中9B水稻籽粒中鎘的積累量最大，之后隨鎘濃度增加反而降低；地谷B在中等鎘處理濃度下，籽粒中的鎘積累量最大。

圖1 不同水稻品種在不同鎘濃度下根系鎘吸附能力比較

圖2 不同水稻品種籽粒中鎘含量差異比較

2.3 不同水稻品種莖、葉中鎘積累差異比較

如圖3所示，在相同濃度的鎘處理液下，各營養(yǎng)器官鎘含量為根＞莖＞葉；在低鎘脅迫濃度（≤75 μmol/L）時(shí)，除地谷B外，其余3個(gè)水稻品種的各營養(yǎng)器官中鎘含量差異不明顯，且含量較低；協(xié)青早B各營養(yǎng)器官鎘含量變化趨勢(shì)與昌豐B基本一致，根中的鎘含量隨鎘處理濃度升高而上升，在鎘處理濃度為400μmol/L時(shí)達(dá)到最高；中9B水稻根系中的鎘含量有較大波動(dòng)，出現(xiàn)2個(gè)峰值，當(dāng)鎘處理濃度為50 μmol/L時(shí)，根中的鎘含量最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于莖和葉；地谷B的根、莖及葉中的鎘含量均出現(xiàn)1個(gè)峰值，且都在鎘脅迫濃度為50μmol/L時(shí)達(dá)到最大值。

2.4 不同水稻品種營養(yǎng)器官鎘含量差異比較

從圖4中可以看出，不同水稻品種營養(yǎng)器官中的鎘含量表現(xiàn)為中9B＞地谷B＞昌豐B＞協(xié)青早B。在鎘處理濃度低于100μmol/L時(shí)，中9B營養(yǎng)器官中的鎘含量明顯高于其他品種，而地谷B稍高于協(xié)青早B和昌豐B水稻，協(xié)青早B和地谷B水稻對(duì)鎘的吸附量無明顯差異；另外，各水稻品種營養(yǎng)器官中鎘含量達(dá)到最大時(shí)的鎘脅迫濃度不同，昌豐B、協(xié)青早B、中9B、地谷B對(duì)應(yīng)的鎘脅迫濃度分別為100、800、50、800μmol/L。

3 結(jié)論及討論

3.1 不同水稻品種籽粒中鎘積累差異

圖3 不同水稻品種各營養(yǎng)器官鎘含量差異比較（A：昌豐B；B：中9B；C：協(xié)青早B；D：地谷B）

圖4 不同水稻品種營養(yǎng)器官鎘含量差異比較

水稻籽粒鎘含量與根系吸收鎘能力關(guān)系密切[6]，易被水稻吸收積累在水稻籽粒中，且品種間差異顯著[7-8]。試驗(yàn)結(jié)果表明，在低、中等的鎘處理濃度下，籽粒中鎘含量表現(xiàn)為中9B＞昌豐B＞協(xié)青早B＞地谷B；同時(shí)有研究證明土壤中鎘濃度與水稻籽粒中鎘含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而該試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，中9B籽粒中鎘含量隨鎘脅迫濃度的增加劇烈降低，可能是高濃度的鎘抑制了水稻根系的生理活性從而導(dǎo)致植株的積累代謝紊亂，使得根系吸收各元素的能力都降低所致。

3.2 不同水稻品種營養(yǎng)器官鎘積累差異

各水稻品種營養(yǎng)器官中鎘含量表現(xiàn)為中9B＞地谷B＞昌豐B＞協(xié)青早B，且達(dá)到最大時(shí)對(duì)應(yīng)的鎘脅迫濃度不盡相同；不同水稻品種各營養(yǎng)器官中鎘含量并不是隨鎘脅迫濃度升高而增加，這與前人研究結(jié)果存在一定差異[9]。這可能與不同基因型水稻品種對(duì)鎘的吸收與耐受特性有關(guān)。各營養(yǎng)器官鎘含量表現(xiàn)為根＞莖＞葉，與龍小林等研究結(jié)果一致[10]，不同水稻品種各營養(yǎng)器官鎘含量變化趨勢(shì)存在差異。除中9B外，其余3個(gè)水稻品種根系鎘含量隨鎘脅迫濃度變化趨勢(shì)基本一致。而中9B根系中鎘含量變化出現(xiàn)2個(gè)峰值，鎘濃度低時(shí)，根系主動(dòng)吸收鎘，反之，可能通過濃度滲透到根系。

總之，植物內(nèi)鎘的含量與植物種類及外界環(huán)境中鎘濃度等因子有關(guān)，且對(duì)不同水稻品種和器官具有一定的差異[11]。隨著人類和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)稻米安全越來越重視，稻米中有毒物質(zhì)殘留一直備受關(guān)注。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)該采取相應(yīng)栽培措施[12-13]，修復(fù)和改善被鎘污染的土地，減輕對(duì)人類的毒害。

[1] Das P，Sam A S，Rout G R. Studies on cadmium toxicity in plant[J]. Areview.Environ Poll，1997，89：29-36.

[2] Shao G，Chen M，Wang D，et al. Using iron fertilizer to control Cdaccumulation in rice plants：a new promising t echnology[J]. Life Sci，2008，51（3）：245-253.

[3] Huang Y Z，Hu Y，Liu Y X. Combined toxicity of copper and cadmium to six rice genotypes（Oryza sativa L.）[J]. Environ Sci.，2009，21：647-653.

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

[5]仲維功，楊 杰，陳志德，等.水稻品種及其器官對(duì)土壤重金屬元素P b、C d、H g、A s積累的差異[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，22（4）：331-338.

[6]李 鵬，葛 瀅，吳龍華，等.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)，2011，25（3）：291-296.

[7] 程旺大，姚海根，吳 偉，等.土壤——水稻體系中的重金屬污染及其控制[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2005，7（4）：51-54.

[8] Li Z W，Li L Q，Pan G X，et al. Bioavailability of Cd in a soil-ricesystem in China：soil type versus genotype effects[J]. Plant Soil，2005，271：165-173.

[9]李坤權(quán)，劉建國，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.

[10]龍小林，向珣朝，徐艷芳，等.鎘脅迫下秈稻和粳稻對(duì)鎘的吸收、轉(zhuǎn)移和分配研究[J].中國水稻科學(xué)，2014，28（2）：177-184.

[11]趙秀蘭，劉 曉.不同品種煙草生長(zhǎng)和鎘及營養(yǎng)元素吸收對(duì)鎘脅迫響應(yīng)的差異[J].水土保持學(xué)報(bào)，2006，22（2）：379-381.

[12]王永強(qiáng)，肖立中，李詩殷，等.鎘對(duì)水稻的毒害效應(yīng)及其調(diào)控措施研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（3）：99-104.

[13]莫 鳴.大米質(zhì)量安全的關(guān)鍵監(jiān)管環(huán)節(jié)與控制對(duì)策[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，（23）：93-96.

（責(zé)任編輯：石 君）

Different Characteristics of CadMiuMAccumulation among Different Rice Varieties

JIANG Fen，F(xiàn)AN Yong-yi，F(xiàn)AN Cun-liu，YANGGuo-tao，JING yin-qin，WEIYe-na，ZHAO Xiang，HU Yun-gao
（Rice Research Institute,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,PRC）

To understand the accumulation regularitiesand the distribution characteristics of cadMiuMin different organs of different rice varieties,and establish the theoretical basis for screening the rice varietieswhich are able to grow well in cadMiuMpolluted environment. Four rice cultivars,Changfeng B,Zhong 9B,Xieqingzao B and Digu B，were conducted to study the differences of cadMiuMaccumulation in different breed of different Cd2+concentration by using flame atoMic absorptionmethod and inductively coupled plasma atomic emission spectrometricmethod.The results showed that in the low and mediuMconcentration dispose,the contentof cadMiuMin grainswas as follows:Zhong 9 B＞Changfeng B＞Xieqingzao B＞Digu B,and as the decrease of tolerant concentration,the cadmiuMcontentof Zhong 9B grain reduced sharply.While thatofvegetativeorganswasZhong 9B＞Digu B＞Chang Feng B＞Xieqing zao B.

rice varieties;cadmium;accumulation characters;difference comparison

S511

A

1006-060X（2015）04-0113-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.04.035

2015-03-25

國家科技支持計(jì)劃資助（2014BA D01B03）；國家科技支持計(jì)劃資助（2011BA D35B02）；國家政策引導(dǎo)類科技計(jì)劃及其他專項(xiàng)資助（2013Z X08001-002）；四川省崗位專家項(xiàng)目資助（川農(nóng)業(yè)函[2014] 91號(hào)）；雜交水稻國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目資助（2014K F01）

蔣 芬（1993-），女，四川德陽市人，本科生，主要學(xué)科專業(yè)為農(nóng)學(xué)。

胡運(yùn)高