6個適合廣西種植的水稻品種對鎘的累積差異

唐云舒++劉杰 卜永輝+滕云

摘要：水稻對鎘的富集存在顯著的品種差異。在土壤鎘高背景值區(qū)，如果盲目種植容易引起健康風(fēng)險。采用盆栽試驗研究廣西常見的6個水稻品種（豐源優(yōu)219、深優(yōu)957、宜香305、桂絲粘、中廣香1號、百香139）對鎘的累積差異。結(jié)果表明，在高鎘（0.43 mg/kg）背景值土壤中，6個品種的水稻糙米鎘累積水平差異顯著，糙米鎘濃度大小依次為中廣香1號<深優(yōu)957<豐源優(yōu)219<百香139<桂絲粘<宜香305。其中，桂絲粘、宜香305糙米鎘濃度是國家食品標(biāo)準(zhǔn)臨界值的2.35、2.50倍，存在較大的健康風(fēng)險。中廣香1號糙米對鎘的累積最低，為（0.16±0.03）mg/kg，且顯著低于其他品種（P<0.05），按推算該品種糙米鎘濃度滿足食品安全要求不影響人體身體健康。由于中廣香1號與其他5個品種比較，產(chǎn)量無顯著差異，糙米對土壤鎘的富集系數(shù)最低?？梢?，中廣香1號是比較適合廣西鎘高背景值區(qū)種植的低累積品種。

關(guān)鍵詞：廣西；鎘；水稻；累積；品種

中圖分類號： 6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）04-0052-03

鎘是毒性最強(qiáng)的重金屬污染物之一，對人的腎臟、肝臟和骨骼均有很大危害[1-2]。同時，鎘在環(huán)境中具有較大遷移性，容易通過土壤—植物系統(tǒng)進(jìn)入食物鏈威脅人體健康。水稻是易于富集鎘的農(nóng)作物。據(jù)調(diào)查，一些大米中的鎘濃度甚至超過糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的十幾倍[3]。目前，大米中鎘濃度超標(biāo)的問題已成為我國糧食安全領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)[4]。

大量研究表明，不同水稻品種對鎘積累存在較大差異。Liu等的研究表明，不同品種水稻籽粒對鎘的累積存在顯著差異[5-6]。Yu等對43個水稻品種的鎘累積性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同品種水稻籽粒中的鎘濃度最大相差7.3倍[7]。因此，研究者普遍認(rèn)為在輕度污染區(qū)，通過選育鎘低積累水稻品種可以將籽粒中的鎘濃度控制在允許范圍內(nèi)[8]。

廣西是我國土壤鎘污染問題突出的區(qū)域之一。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)田土壤鎘的點(diǎn)位超標(biāo)率為49.9%，其中輕度和輕微污染比例占一半以上[9]。一些地區(qū)屬于典型的土壤鎘高背景值[10]。然而，目前廣西在水稻種植上存在盲目性，缺乏對現(xiàn)有水稻品種鎘累積性的安全評價，這大大地增加了大米中鎘濃度超標(biāo)的風(fēng)險。因此，必須對適合廣西種植的水稻品種進(jìn)行鎘累積特性研究，指導(dǎo)種植品種的選擇，保障生產(chǎn)食用安全的大米。

本研究選取豐源優(yōu)219、深優(yōu)957、宜香305、桂絲粘、中廣香1號、百香139等6個廣西經(jīng)常種植的水稻品種，進(jìn)行鎘吸收和累積差異研究，甄別高風(fēng)險品種，篩選鎘累積品種，為鎘高背景值區(qū)合理科學(xué)地種植水稻、避免水稻鎘攝入的健康風(fēng)險提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

本試驗供試土壤為水稻土，采自廣西靈川縣農(nóng)田，其基本理化性質(zhì)為：pH值5.6、有機(jī)質(zhì)濃度20 g/kg、全氮濃度 1.8 g/kg、速效磷濃度5.8 mg/kg、速效鉀濃度89.6 mg/kg、總鎘濃度0.43 mg/kg。據(jù)宋波等的研究結(jié)果[10]可知，桂林地區(qū)土壤鎘濃度為0.056～1.190 mg/kg，算術(shù)平均值為 0.468 mg/kg，85.7%的耕地土壤鎘濃度超標(biāo)。因此，本試驗選擇的土壤具有一定的代表性。試驗所采用水稻種子為市場購買種子，其中雜交水稻品種包括豐源219、深優(yōu)957、宜香305，常規(guī)水稻品種包括桂絲粘、中廣香1號、百香139。采用育秧盤在培養(yǎng)箱內(nèi)育秧，秧齡20 d，選擇長勢一致的秧苗進(jìn)行移栽培養(yǎng)。

1.2盆栽試驗設(shè)計

土壤自然風(fēng)干并過10目篩，采用直徑25 cm、高30 cm的塑料桶裝5.0 kg土壤。移栽前1 d加入基肥并混勻：以NH4NO3作為氮肥，0.65 g/盆；以NaH2PO4作為磷肥，1.50 g/盆；以K2SO4作為鉀肥，0.90 g/盆；以Na2SiO3作為硅肥，1.00 g/盆，并保持1～2 cm水層浸泡。移栽后第10天按3.75 g/盆追加NH4NO3作為氮肥，種3株/盆，每個處理3次重復(fù)。穗肥按3.00 g/盆NH4NO3施入、按0.50 g/盆K2SO4追施鉀肥。施肥所用化學(xué)試劑均為分析純，全程常規(guī)水分管理。本試驗中水稻于2014年8月13日播種。

1.3樣品測試及分析方法

成熟期取樣，記錄水稻有效分蘗數(shù)、株高及籽粒凈質(zhì)量。土壤樣品自然風(fēng)干、研磨，過100目篩后用于分析，植物樣品分為糙米、根、莖、葉4個部分，糙米記錄鮮質(zhì)量及干質(zhì)量。水稻樣品先用自來水沖洗干凈，其中根部采用超聲波清洗 2 min，再用去離子水沖洗3次，放入恒溫烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘干24 h至恒質(zhì)量，記錄各部分干樣品質(zhì)量，磨碎。植物樣品用HNO3+HClO4消解（4 ∶[KG-*3]1，體積比），消解液定容后用火焰原子吸收分光光度計（PEAA-700）測定鎘濃度。

土壤樣品采用GB/T 17141—1997《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度計法》進(jìn)行土壤中總鎘濃度的測定。

1.4計算方法

[JZ]組織鎘累積量=組織鎘濃度×組織干物質(zhì)量；

[JZ]各組織鎘對糙米的轉(zhuǎn)運(yùn)因子=糙米鎘濃度/各組織濃度。

[JZ]糙米對土壤鎘富集系數(shù)=糙米鎘濃度/盆栽土壤鎘濃度。

1.5數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel和SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析和相關(guān)性分析，Origin 8.5.1軟件作圖。

2結(jié)果與分析

2.1各水稻在試驗土壤中種植糙米鎘累積差異

試驗表明，成熟期6個水稻品種糙米鎘濃度大小依次為：中廣香1號<深優(yōu)957<豐源優(yōu)219<百香139<桂絲粘<宜香305（表1）。其中，糙米鎘濃度最低的為常規(guī)水稻中廣香1號，為（0.16±0.03）mg/kg，且其與其他水稻品種的糙米鎘濃度比較均在0.05水平上差異顯著。6個水稻品種中僅中廣香1號糙米鎘濃度低于食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中（GB 2762—2012《食品中污染物限量》）規(guī)定的0.20 mg/kg的限量值，其余5個水稻品種糙米檢測鎘濃度均高于此標(biāo)準(zhǔn)。其中，糙米鎘濃度最高的水稻品種是宜香305，其糙米鎘濃度為 （0.50±0.03）mg/kg，是國家食品標(biāo)準(zhǔn)臨界值（0.20 mg/kg）的2.50 倍，存在較大的健康風(fēng)險。

比較圖1中6個水稻品種糙米對土壤鎘富集系數(shù)可看出，宜香305、桂絲粘和百香139的糙米鎘富集系數(shù)均高于 1.0，分別為1.67±0.12、1.55±0.04、1.39±0.25，說明這3個水稻品種的糙米對土壤鎘有富集作用。另外，中廣香1號糙米鎘富集系數(shù)最低，為0.54±0.09，且與其他品種在0.05水平上差異顯著，即6個水稻品種中，中廣香1號對土壤鎘的富集能力最低。

2.2各水稻在試驗土壤中種植水稻各組織鎘累積量差異及其對糙米鎘濃度的影響[HT]

知，6個水稻品種各品種間葉部鎘濃度差異不顯著。根據(jù)莖部的鎘濃度可將6個水稻品種分為2類，即一類為豐源優(yōu)219、深優(yōu)957、中廣香1號，另一類為宜香305、桂絲粘、百香139，且兩大類水稻品種莖部鎘濃度差異顯著（P<005）。6個水稻品種根部鎘濃度以深優(yōu)957和中廣香1號較低，分別為（3.01±0.14）、（3.19±0.55）mg/kg；最高的品種為宜香305，為（5.18±0.34）mg/kg，且與鎘濃度較低的2個品種存在顯著差異（P<0.05）。通過相關(guān)性分析（圖2）可知，6個水稻品種的葉部鎘濃度與糙米鎘濃度相關(guān)系數(shù)r葉=-0.257，P葉=0.623，相關(guān)不顯著；各水稻品種莖部鎘濃度與糙米鎘濃度相關(guān)系數(shù) r莖=0.929，P莖=0.007<0.01，相關(guān)顯著；各水稻品種根部鎘濃度與糙米鎘濃度相關(guān)系數(shù)r根=0840，P根=0.036<0.05，相關(guān)顯著。從圖2還可看出，糙米鎘濃度小于0.35 mg/kg的水稻品種（中廣香1號、深優(yōu)957、豐源優(yōu)219），其根部鎘濃度均高于莖部鎘濃度1倍；而糙米鎘濃度大于0.35 mg/kg的水稻品種（桂絲粘、百香139、宜香305），其根部鎘濃度均與莖部鎘濃度相近，這一情況與供試的6個水稻品種莖部鎘濃度兩大類分類正好一致，這可能與水稻體內(nèi)鎘轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制有關(guān)。

2.3各水稻在試驗土壤中種植的籽粒產(chǎn)量指標(biāo)差異

[JP2]試驗中成熟期總分蘗數(shù)與有效分蘗數(shù)以中廣香1號最多，且與其他品種差異顯著，其中中廣香1號有效分蘗數(shù)較有效分蘗數(shù)最低的豐源優(yōu)219多72.7%。品種間株高無顯著差異（P>0.05）。凈產(chǎn)量以桂絲粘最高，為（28.63±2.01）g/盆；百香139最低，為（14.53±6.37）g/盆；此外，其余供試品種間差異不顯著。由此可看出，有效分蘗多，不一定產(chǎn)生高產(chǎn)量，供試水稻各品種間籽粒產(chǎn)量指標(biāo)各項存在一定差異。[JP]

3結(jié)論與討論

假設(shè)烹調(diào)與煮食不影響大米鎘濃度，按參考文獻(xiàn)[11]的

方法推算1個60 kg成年人將大米作為主要谷類，假設(shè)膳食為攝入鎘的主要途徑，廣西普通居民食用大米攝入鎘的量占總膳食的45.9%[12]，按照世界衛(wèi)生組織規(guī)定以人體體重為計量數(shù)，1 kg體重1 d鎘口服參考劑量0.001 μg，那么長期食用鎘濃度低于0.31 mg/kg的糙米可認(rèn)為不影響人體健康。由表1可看出，僅有常規(guī)水稻中廣香1號和雜交水稻深優(yōu)957糙米鎘濃度低于0.31 mg/kg，即如長期食用在本試驗條件下種植的試驗選取的6個廣西常見水稻品種糙米，僅中廣香1號和深優(yōu)957收獲的糙米不影響人體健康。結(jié)合6個試驗品種中僅中廣香1號在試驗條件下種植收獲糙米鎘濃度滿足國家食品標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012《食品中污染物限量》），因此，中廣香1號在土壤輕微鎘污染區(qū)種植收獲的糙米是可安全食用的，可作為適合廣西種植的低鎘累積安全水稻品種。

水稻糙米鎘濃度與各組織鎘濃度存在一定的相關(guān)性[13]，根據(jù)圖2的相關(guān)性分析，水稻糙米鎘濃度與莖部和根部存在顯著相關(guān)性，這說明莖部及根部對鎘的運(yùn)輸及負(fù)載能力能直接或間接地影響糙米鎘濃度。水稻糙米鎘濃度與各組織鎘濃度相關(guān)，而各組織鎘濃度受水稻基因型控制[7，14]，Uraguchi等對水稻品種Habataki和Sasanishiki進(jìn)行鎘脅迫動態(tài)追蹤試驗發(fā)現(xiàn)根部轉(zhuǎn)運(yùn)至莖部的鎘的速度及數(shù)量由木質(zhì)部決定，不同品種之間存在差異，且高鎘累積品種木質(zhì)部對鎘的負(fù)載能力較大[15]。在圖2中看到，豐源優(yōu)219、深優(yōu)957、中廣香1號3個水稻品種的根部鎘濃度較莖部鎘濃度高出近1倍，而宜香305、桂絲粘、百香1 393個水稻品種的根部鎘濃度與莖部鎘濃度接近。這一分類情況與根據(jù)水稻莖部鎘濃度大小分類情況相一致，同時莖部鎘濃度較高的3個水稻品種與圖1中糙米鎘富集系數(shù)（均數(shù)）大于1的3個水稻品種相一致，這說明宜香305、桂絲粘和百香139為高鎘累積品種。根據(jù)Uraguchi的研究結(jié)果[15]可認(rèn)為，這3個水稻品種的木質(zhì)部對鎘有較大的負(fù)載能力，通過木質(zhì)部轉(zhuǎn)運(yùn)的鎘大多被儲存在木質(zhì)部，因此其莖部鎘濃度較高；同時可能因為其木質(zhì)部對鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力較大，所以這3個水稻品種的根部鎘濃度與莖部鎘濃度相近，這更進(jìn)一步說明了水稻糙米鎘濃度與根莖部鎘濃度相關(guān)。

雜交水稻以其高產(chǎn)量為優(yōu)勢而被推廣，試驗中中廣香1號水稻凈產(chǎn)量與其他品種間差異不顯著，其產(chǎn)量并不低于雜交水稻。根據(jù)水稻莖部鎘濃度占水稻體內(nèi)較大分配比的規(guī)律[5，9]，由于中廣香1號高分蘗，中廣香1號的種植可通過莖部對土壤鎘的提取而降低土壤鎘濃度，當(dāng)成熟期收獲后水稻莖稈不還田可降低來年水稻的鎘脅迫。

受試的6個水稻品種，糙米鎘濃度范圍為0.13～0.53 mg/kg，品種間的差異顯著，糙米鎘濃度大小依次為中廣香1號<深優(yōu)957<豐源優(yōu)219<百香139<桂絲粘<宜香305。除中廣香1號外，其余5個水稻品種收獲的糙米中鎘含量均高于食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)推算，宜香305、桂絲粘、百香139、豐源優(yōu)219等4個品種收獲的糙米如長期食用存在健康風(fēng)險。因此，在廣西土壤鎘高背景值區(qū)種植水稻品種時，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇，必需充分考慮起稻米鎘超標(biāo)引發(fā)的健康風(fēng)險。中廣香1號在土壤鎘超標(biāo)的情況下，籽粒中的鎘濃度仍低于國家食品標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)量較其他品種無顯著差異，這表明中廣香1號是適合廣西鎘高背景值區(qū)種植的低鎘累積安全品種。

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