溫度對不同水稻品種糙米鎘（Cd）含量的影響

何洋　劉洋　方寶華　李超　楊堅　滕振寧　何小娥　張玉燭（湖南省水稻研究所，長沙405；湖南農(nóng)業(yè)大學，長沙408；通訊作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

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溫度對不同水稻品種糙米鎘（Cd）含量的影響

何洋1，2劉洋1方寶華1李超1，2楊堅1，2滕振寧1，2何小娥1，2張玉燭1*
（1湖南省水稻研究所，長沙410125；2湖南農(nóng)業(yè)大學，長沙410128；*通訊作者：yuzhuzhang@hotmail.com）

摘要：本研究以不同早晚稻品種為試驗材料，重點研究溫度對不同耐鎘型水稻品種糙米鎘含量的影響，以期為不同耐鎘型水稻品種糙米Cd積累的影響機理提供一定科學依據(jù)。結(jié)果表明，對于4種不同耐鎘型品種，早晚稻穩(wěn)定型品種在不同溫度下糙米鎘含量的變化幅度均明顯低于變異型品種，早稻的變異型品種（S6）在不同溫度與處理時期間差異達5.29倍，分別比穩(wěn)定型品種S1、S5、S4增加67.4%、12.8%、181.4%，晚稻變異型品種（K11）的差異達4.04倍，分別比穩(wěn)定型品種K2、K33、K7增加50.2%、78.8%、160.6%。綜合多個試驗品種糙米鎘含量表現(xiàn)可見，分蘗期及灌漿期是溫度影響水稻對鎘吸收的敏感時期；生育前期低溫處理及生育后期高溫將促進水稻籽粒對鎘的積累。

關(guān)鍵詞：水稻；鎘；糙米；溫度

鎘（Cd）是對人和動植物毒性最大的重金屬元素之一。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國Cd污染農(nóng)田面積已達到134萬hm2，每年生產(chǎn)的Cd超標農(nóng)產(chǎn)品大約14.6億kg［1］。水稻（Oryza Sativa L.）是世界上第二大糧食作物，亞洲第一大糧食作物。據(jù)調(diào)查，在亞洲國家，進入到人體的Cd食物來源中，大米占到約40%（Watanabe T et al，2000），因此，水稻Cd污染問題不容忽視。目前，關(guān)于水稻Cd污染研究主要集中在品種、產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤類型、土壤改良、pH、灌溉方式、施肥、栽培模式、Cd在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運與分配、Cd耐性及其分子機制、水稻Cd脅迫條件下的水稻生理性狀及農(nóng)藝學性狀和耐性機理等方面［2-20］，并取得了一定研究結(jié)果。但溫度對不同水稻品種糙米Cd含量的影響還未見報道。自2003年以來，本課題組在不同年份和地點之間就低Cd品種篩選開展了長期研究，發(fā)現(xiàn)在相同條件下大面積生產(chǎn)的品種之間其稻米Cd含量差異可達8～10倍，有些稻種資源差異甚至上百倍。根據(jù)不同品種、不同年份及其不同試驗點的表現(xiàn)，不同品種可分為4種類型，年份與地點間差異大的品種為環(huán)境變異型品種，差異較小的為穩(wěn)定型品種，其中根據(jù)Cd含量的相對高低又分為穩(wěn)定高鎘型、穩(wěn)定中鎘型與穩(wěn)定低鎘型3種類型。栽培方式、水分管理、土壤pH值等因素對稻米Cd含量均有影響，溫度是影響稻米Cd含量最大的因子之一。因此，2014年筆者針對溫度對不同類型水稻品種糙米Cd含量的影響進行了初步研究，以期為不同類型水稻品種糙米Cd積累影響機理及防止提供一定科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗地點設在湖南省水稻研究所網(wǎng)室，位于東經(jīng)111°53′～114°15′、北緯27°51′～28°41′。屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫17.2℃，年積溫為5 457℃，年均降水量1 361.6 mm。

1.2試驗材料

早稻試驗材料采用已經(jīng)過多年篩選的穩(wěn)定高鎘型品種（S1）、穩(wěn)定中鎘型品種（S5）、穩(wěn)定低鎘型品種（S4）、環(huán)境變異型品種（S6），及2014年新增試驗品種（V67、V61、V4、V7、V13、V20、V46、V54、V58），共13個品種；晚稻試驗材料采用已經(jīng)過多年篩選的穩(wěn)定高鎘型品種（K2）、穩(wěn)定中鎘型品種（K33）、穩(wěn)定低鎘型品種（K7）、環(huán)境變異型品種（K11），及2014年新增試驗品種（W71、W98、W46、W14、W22、W31、W95、W120、W28），共13個品種。

1.3試驗設計

試驗土取自湖南省湘陰縣農(nóng)科所試驗田，土壤背景鎘含量為0.85 mg/kg，采用盆栽，全生育期淹水1～4 cm，于分蘗期、孕穗期、乳熟期3個關(guān)鍵時期分別將盆栽水稻放置于人工氣候室，設低溫（平均17.5℃）、中溫（平均25.0℃）和高溫（平均32.5℃）3種溫度處理，每個時期連續(xù)處理7 d，以非人工氣候處理為對照（20℃～25℃）；重復4次。具體溫度管理見表1。

表1　溫度處理　（℃）

表2　溫度對早稻不同耐鎘型水稻品種糙米鎘含量的影響 ?。╩g/kg）

早稻3月28日播種，4月26日雙本移栽。晚稻6 月18日播種，7月15日雙本移栽。基肥施水稻專用復合肥（N∶P2O5∶K2O=13∶5∶7），磷肥作基肥一次性施用，早稻2.3 g/盆、晚稻3.0 g/盆，氮肥、鉀肥每次按比例施；追肥施尿素及KCl，早稻尿素、鉀肥均為0.40 g/盆，晚稻尿素、鉀肥分別為0.45 g/盆、0.40 g/盆，早稻基肥、追肥分別于4月26日、5月3日進行，晚稻基肥、追肥分別于7月15日、7月22日施。全生育期采用淹水灌溉，病蟲害及雜草防治等管理按常規(guī)管理方式進行。

1.4糙米鎘含量測定

稻谷風干后按農(nóng)業(yè)部部頒標準《米質(zhì)測定方法》（NY 147-1988）出糙、磨樣、過100目篩備用。采用體積比為4∶1的HNO3-HClO4對樣品進行消化，利用火焰原子吸收法測定糙米Cd含量。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS、Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理和作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1溫度對早稻不同耐鎘型水稻品種糙米鎘含量的影響

由表2可知，在同一處理時期，不同溫度處理早稻的糙米鎘含量存在顯著差異。在分蘗期，低溫處理S1、S4、S6的糙米鎘含量均高于中高溫處理，表明在水稻生育前期（分蘗期）低溫促進了籽粒對鎘的吸收；在孕穗期，不同溫度處理的各類型品種間沒有表現(xiàn)出一定規(guī)律；在灌漿期，高溫處理S4、S5及S6糙米鎘含量均高于中、低溫處理，表明在生育后期（灌漿期）高溫促進了早稻籽粒對鎘的積累。分蘗期不同溫度處理的糙米鎘含量總體表現(xiàn)為伴隨溫度的升高而降低的趨勢，灌漿期不同溫度處理的糙米鎘含量總體表現(xiàn)為伴隨溫度的升高而升高的趨勢。而在孕穗期沒有表現(xiàn)出一定規(guī)律性。說明水稻生育前期低溫、后期高溫促進了籽粒對鎘的積累。

表3　溫度對晚稻不同耐鎘型水稻品種糙米鎘含量的影響?。╩g/kg）

圖1　溫度對早稻不同生育時期籽粒鎘積累的影響

圖2　溫度對晚稻不同生育時期籽粒鎘積累的影響

從不同時期不同溫度處理早稻糙米鎘含量平均變化幅度來看，變異型品種S6（5.29倍）明顯高于穩(wěn)定型品種S1（3.16倍）、S5（4.69倍）、S4（1.88倍），分別高出67.4%、12.8%、181.4%。低鎘品種S4不同時期不同溫度處理的糙米鎘含量雖然最大相差2.42倍，但由于各處理下的糙米鎘含量均小于0.05 mg/kg，所以其真實的糙米鎘含量差異并不大，僅僅只有0.027 mg/kg?？梢?，分蘗期及灌漿期是溫度影響早稻品種對鎘吸收的敏感時期。

2.2溫度對不同晚稻耐鎘型水稻品種鎘積累的影響

由表3可知，同一時期，不同溫度處理晚稻的糙米鎘含量存在顯著差異。分蘗期低溫處理K2、K33的糙米鎘積累量均高于中、高溫處理，K7、K11高溫處理后糙米鎘積累量最高；孕穗期低溫處理的K2、K33的糙米鎘積累量高于中、高溫處理，K7中溫處理后籽粒鎘積累量最高，K11高溫處理后籽粒鎘積累量最高；在灌漿期高溫處理后的K2、K11的籽粒鎘積累量最高，K33、K7為中溫處理后最高，與早稻的表現(xiàn)規(guī)律不一致。

從不同時期不同溫度處理晚稻糙米鎘含量平均變化幅度看，也是變異型品種K11（4.04倍）明顯高于穩(wěn)定型品種K2（2.69倍）、K33（2.26倍）、K7（1.55倍），分別高出50.2%、78.8%、160.6%。晚稻的表現(xiàn)與早稻基本一致。

2.3溫度對早稻不同生育時期糙米鎘含量的影響

由圖1可見，綜合4個不同耐鎘早稻品種及其他9個新增早稻品種糙米鎘含量表現(xiàn)來看，在分蘗期，低溫處理的糙米鎘含量最高（0.134 mg/kg），比中溫（0.061 mg/kg）、高溫（0.080 mg/kg）處理的高119.7%、67.5%；孕穗期，高溫處理的糙米鎘含量最高（0.113 mg/kg），比低溫（0.101 mg/kg）、中溫（0.084 mg/kg）處理的高11.9%、34.5%；灌漿期，高溫處理的糙米鎘含量最高（0.158 mg/ kg），比低溫（0.052 mg/kg）、中溫（0.094 mg/kg）處理的高203.8%、68.1%。灌漿期處理的糙米鎘含量平均值最高，比分蘗期及孕穗期處理分別高出9.8%和2.0%，說明灌漿期是早稻籽粒鎘積累的主要時期。相同溫度條件在不同生育期處理的早稻糙米鎘含量表現(xiàn)為，低溫條件分蘗期處理糙米鎘含量最高，比孕穗期、灌漿期處理高32.7%、157.7%；中溫條件灌漿期處理糙米鎘含量最高，比分蘗期、孕穗期處理高54.1%、11.9；高溫條件灌漿期處理糙米鎘含量最高，比分蘗期、孕穗期處理高97.5%、45.0%。說明早稻生育前期，低溫促進籽粒鎘積累；生育中期及生育后期，高溫促進籽粒鎘積累。

2.4溫度對晚稻不同生育時期糙米鎘含量的影響

由圖2可見，綜合4個不同耐鎘晚稻品種及其他9個新增晚稻品種糙米鎘含量表現(xiàn)來看，分蘗期低溫處理的糙米鎘含量最高（0.278 mg/kg），比中溫（0.217 mg/ kg）、高溫（0.217 mg/kg）處理的高28.1%、28.1%；孕穗期，高溫處理的糙米鎘含量最高（0.277 mg/kg），比低溫（0.190 mg/kg）、中溫（0.202 mg/kg）處理的高45.8%、37.1%；灌漿期，高溫處理的糙米鎘含量最高（0.283 mg/ kg），比中溫（0.232 mg/kg）、低溫（0.258 mg/kg）處理的高30.0%、9.7%。晚稻灌漿期處理的糙米鎘含量平均值最高，比分蘗期處理及孕穗期處理分別高出8.9%、15.7%，說明灌漿期是晚稻籽粒鎘積累的主要時期。相同溫度條件在不同生育期處理的晚稻糙米鎘含量表現(xiàn)為，低溫條件灌漿期處理糙米鎘含量最高，比分蘗期、孕穗期處理高1.8%、48.9%；中溫條件灌漿期處理糙米鎘含量最高，比分蘗期、孕穗期處理高6.9%、14.9%；高溫條件孕穗期處理糙米鎘含量最高，比分蘗期、灌漿期處理高27.6%、7.4%。說明晚稻生育前期及生育后期，低溫對籽粒鎘積累有促進作用；生育中期，高溫對籽粒鎘積累有促進作用。

3　結(jié)論與討論

前人研究表明，水稻從根系吸收鎘到籽粒積累要經(jīng)過3個過程：根系的活化和吸收、木質(zhì)部的裝載和運輸以及韌皮部向籽粒中的進一步遷移［21］。目前已發(fā)現(xiàn)大量基因［22-24］參與了水稻對鎘的吸收、運轉(zhuǎn)及分配，同時，土壤酸度、灌溉方式、氣候條件等因素均可影響基因的表達。

本試驗通過研究不同溫度對不同生育時期糙米鎘含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同生育時期溫度變化均導致糙米鎘含量的變化，表明溫度是影響水稻籽粒鎘積累的重要因子。不同耐鎘型品種籽粒鎘積累對溫度的響應差異較大，早晚稻穩(wěn)定型品種在不同溫度下糙米鎘含量的變化幅度均明顯低于變異型品種。環(huán)境變異型品種受溫度的影響較大，不同溫度處理下的糙米鎘含量差異顯著，在水稻生產(chǎn)中不宜大面積推廣，而對于穩(wěn)定型品種來說，溫度不是影響其籽粒鎘積累的關(guān)鍵因子，主要跟品種本身的遺傳特性有關(guān)，特別是穩(wěn)定低鎘型品種，應是解決中輕度污染稻田稻米鎘超標最有效的途徑之一。綜合多種早、晚稻品種鎘含量表現(xiàn)，分蘗期及灌漿期是溫度影響水稻對鎘吸收的敏感時期，灌漿期是早稻籽粒鎘積累的主要時期；分蘗期是溫度影響水稻籽粒對鎘積累的敏感時期，且低溫處理能促進籽粒對鎘的積累，主要可能是因為生育前期（分蘗期）低溫處理導致水稻營養(yǎng)生長期延長，使得全生育期延長，從而使得水稻植株的鎘總積累量增加，最后通過根莖葉的有效轉(zhuǎn)運及分配使得籽粒中的鎘含量增加；而早稻生育后期（灌漿期）高溫促進水稻籽粒對鎘的積累主要原因可能是因為高溫條件下，水稻的蒸騰速率加快以及參與各項生理反應的酶及功能蛋白的活性增加，從而加快了稻株內(nèi)與鎘吸收、轉(zhuǎn)運及分配相關(guān)的生理生化反應，使得籽粒中的鎘含量增加。

參考文獻

［1］胡培松.土壤有毒重金屬鎘毒害及鎘低積累型水稻篩選與改良［J］.中國稻米，2004，10（2）：10-12.

［2］曾翔，張玉燭，王凱榮，等.不同品種水稻糙米含鎘量差異［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2006，22（1）：67-69.

［3］黃冬芬，王志琴，劉立軍，等.鎘對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.熱帶作物學報，2010，31（1）：19-24.

［4］范中亮.不同土壤類型下重金屬Cd對水稻脅迫及其產(chǎn)地環(huán)境臨界值的研究［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2009.

［5］范中亮，季輝，楊菲，等.不同土壤類型下雜交秈稻地上部器官對重金屬鎘和鉛的富集特征［J］.中國水稻科學，2010，24（2）：183-188.

［6］王凱榮，張玉燭，胡榮桂.不同土壤改良劑對降低重金屬污染土壤上水稻糙米鉛鎘含量的作用［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26 （2）：476-481.

［7］楊忠芳，陳岳龍，錢鑂，等.土壤pH對鎘存在形態(tài)影響的模擬實驗研究［J］.地學前緣，2005，12（1）：252-260.

［8］王凱榮，張玉燭. 25年引灌含Cd污水對酸性農(nóng)田土壤的污染及其危害評價［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26（2）：658-661.

［9］紀雄輝，梁永超，魯艷紅，等.污染稻田水分管理對水稻吸收積累鎘的影響及其作用機理［J］.生態(tài)學報，2007，27（9）：3 930-3 939.

［10］劉昭兵，紀雄輝，彭華，等.水分管理模式對水稻吸收累積鎘的影響及其作用機理［J］.應用生態(tài)學報，2010，21（4）：908-914.

［11］彭世彰，喬振芳，徐俊增.控制灌溉模式對稻田土壤-植物系統(tǒng)鎘和鉻累積的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2012，28（6）：94-99.

［12］甲卡拉鐵，喻華，馮文強，等.氮肥品種和用量對水稻產(chǎn)量和鎘吸收的影響研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2010，18（2）：281-285.

［13］董善輝，李軍，趙梅.磷對鎘污染土壤中水稻吸收積累鎘的影響［J］.東北農(nóng)業(yè)大學學報，2010，41（9）：39-43.

［14］衣純真，傅桂平，張福鎖.不同鉀肥對水稻鎘吸收和運移的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報，1996，1（3）：65-70.

［15］劉洋，張玉燭，方寶華，等.栽培模式對水稻鎘積累差異及其與光合生理關(guān)系的研究［J］.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報，2014，31（5）：450-455.

［16］馮文強，涂仕華，秦魚生，等.水稻不同基因型對鉛鎘吸收能力差異的研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27（2）：447-451.

［17］李鵬，葛瀅，吳龍華，等.兩種糙米鎘含量不同水稻的鎘吸收轉(zhuǎn)運及其生理效應差異初探［J］.中國水稻科學，2011，25（3）：291-296.

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

［19］鄂志國，張玉屏，王磊.水稻鎘脅迫應答分子機制研究進展［J］.中國水稻科學，2013，27（5）：539-544.

［20］陳愛葵，王茂意，劉曉海，等.水稻對重金屬鎘的吸收及耐性機理研究進展［J］.生態(tài)科學，2013，32（4）：514-522.

［21］Uraguchi S，et al. Root-to-shoot translocation via the xylem is the major process determining shoot and grain cadmium accumulation in rice［J］. J Exp Bot，2009，60（9）：2 677-2 688.

［22］Nakanishi H，Ogawa I，Ishimaru Y，et al. Iron deficiency enhances cadmium uptake and translocation mediated by the Fe2+transporters OsIRT1 and OsIRT2 in rice［J］. Soil Sci Plant Nutr，2006，52：464-469.

［23］Vidal S M，Malo D，Vogan K，et al. Natural resistance to infection with intracellular parasites：Isolation of a candidate for Bcg［J］. Cell，1993，73：469-485.

［24］Uraguchi S，Kamiya T，Sakamoto T，et al. Low -affinity cation transporter（Oslct1）regulates cadmium transport into rice grains［J］. PNAS，2011，108：20 959-20 964.

Effect of Temperature on Cadmium Content of Brown Rice in Different Cultivars

HE Yang1，2，LIU Yang1，F(xiàn)ANG Baohua1，LI Chao1，2，YANG Jian1，2，TENG Zhenning1，2，HE Xiaoe1，2，ZHANG Yuzhu1*
（1Hunan Province Rice Research Institute，Changsha 410125，China；2College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；*Corresponding author：yuzhuzhang@hotmail.com）

Abstract：Field experiments were carried out to study the influence of temperature on brown rice cadmium accumulation with different early rice and late rice varieties as materials. The results indicated that the difference range of early-season variant varieties（S6）was 5.29 times under different temperature and growth stage of the four different Cd resistant varieties，and was 67.4%，12.8%，181.4% higher than stable varieties（S1，S5，S4）respectively，the range of late-season variant varieties（K11）was 50.2%，78.8%，160.6%higher than stable varieties（K2，K33，K7）respectively. Comprehensive performance of cadmium content of brown rice in different rice cultivars，the tillering stage and filling stage are sensitive periods for temperature influence on uptake of cadmium；low temperature in early growth period and high temperature in later growth period contributes to accumulation of cadmium in grain.

Key word：rice；cadmium；brown rice；temperature

中圖分類號：S511.4+2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8082（2016）02-0031-05

收稿日期：2015-09-25

基金項目：湖南省財政專項“湖南省鎘低積累農(nóng)作物品種篩選與選育”；國家科技支撐計劃課題“湖南雙季稻大面積均衡增產(chǎn)技術(shù)集成研究與示范”（2012BAD04B10）