水稻品種鎘積累特征及相關(guān)性研究

陳院華，李建國，楊 濤，謝 杰，魏林根，呂貴芬*，陳文姬

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部長江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，江西 南昌 330200； 2.江西省環(huán)境保護科學(xué)研究院，江西 南昌 330077)

水稻品種鎘積累特征及相關(guān)性研究

陳院華1，李建國1，楊 濤1，謝 杰1，魏林根1，呂貴芬1*，陳文姬2

(1.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部長江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，江西 南昌 330200； 2.江西省環(huán)境保護科學(xué)研究院，江西 南昌 330077)

選取22個早稻和15個晚稻品種進行大田試驗，研究了不同水稻品種對Cd的積累特征及相關(guān)性。結(jié)果表明：成熟期水稻不同部位Cd積累量大小依次為根系>莖葉>稻殼>糙米，Cd主要集中在水稻的根部。水稻糙米Cd含量與稻殼的Cd含量相關(guān)性不顯著，與根系、莖葉中的Cd含量相關(guān)性可能與水稻生長環(huán)境因素有關(guān)。與早稻相比，晚稻對環(huán)境Cd具有更強的吸收積累能力，且晚稻所有供試品種的糙米Cd含量均超過食品安全國家標(biāo)準。

水稻；鎘；積累；特征；相關(guān)性

隨著我國工業(yè)化進程的加速和社會經(jīng)濟的發(fā)展,重金屬污染問題日趨嚴峻,水稻生產(chǎn)受重金屬鎘污染的影響也日益加劇,嚴重威脅著糧食生產(chǎn)和食品安全。研究表明，水稻具有大量吸鎘的特性，有時生長并未受到影響，但糙米的含鎘量卻已超過衛(wèi)生標(biāo)準數(shù)倍，甚至10多倍[1]。

目前，國內(nèi)外在Cd污染對水稻生長的影響、不同水稻品種對Cd的吸收與分配的差異、Cd的積累差異和機理研究等方面進行了較多的研究[2-16]，但大多數(shù)研究結(jié)果都是在條件相對穩(wěn)定的盆栽試驗中獲得，而在大田環(huán)境下探討水稻品種鎘積累特征及相關(guān)性研究較少。本研究在江西省貴溪市某Cd污染區(qū)開展大田試驗，探討了22個早稻和15個晚稻品種對Cd的積累及相關(guān)性研究，為篩選Cd污染農(nóng)田安全水稻品種提供理論依據(jù)，為促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗點位于江西省貴溪市某Cd污染區(qū)，土壤的基本理化性質(zhì)見表1，具體測定方法參見土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[17]。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

注：CNEQS為國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(GB 15618─1995)。

土壤中Cd的全量測定采用鹽酸-硝酸-高氯酸消解法，測定值為0.41 mg/kg，是國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(GB 15618─1995)[18](0.30 mg/kg)(pH<6.5)的1.37倍。選用37個水稻品種進行試驗(表2)，其中：早稻品種22個，晚稻品種15個，部分為市場購買，部分為江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供。

表2 供試水稻品種

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)收集的水稻品種，進行早稻和晚稻大田的種植，種植密度為13.33 cm×23.33 cm，田間栽培管理按大田常規(guī)措施進行。供試早稻品種于2016年3月25日播種，4月27日進行水稻移栽，于2016年7月20日進行成熟期收割采樣；供試晚稻品種于2016年6月25日播種，7月27日進行水稻移栽，10月28日進行成熟期收割采樣。

每個水稻品種小區(qū)面積約20 m2(5 m×4 m)，每個處理采用隨機區(qū)組排列，每個處理四周均種植行與本樣方內(nèi)水稻品種相同的水稻作為保護行。

1.3 植物樣品分析

將采集的水稻樣品，先用自來水小心洗凈根系泥土，然后用超純水清洗整個植株，用吸水紙吸干表面水分，將植株根系、莖葉分離，105 ℃殺青20 min，70 ℃烘至恒重，粉碎后過100目篩。稻谷樣品風(fēng)干，然后按農(nóng)業(yè)部頒布標(biāo)準(NY/T 83─1988)[19]米質(zhì)測定方法出糙，將分離開的糙米和稻殼在70 ℃烘至恒重，磨碎過100目篩。樣品稱重0.3000～0.5000 g，加10 mL硝酸-高氯酸混合液(9+1)消解，超純水定容，用原子吸收光譜儀-石墨爐法(PinAAcle900T)測定溶液中Cd的含量，以國家標(biāo)準物質(zhì)GBW 07603(GSV-2)進行質(zhì)量控制。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻不同部位Cd的分布積累

水稻不同部位Cd的分布積累情況見表3，由表3可知，成熟期37個水稻品種根系的Cd含量均顯著高于其他部位，表明水稻根系有較強的鎘吸附能力，且Cd主要集中在水稻的根部，這與唐非等[16]試驗結(jié)論一致。

水稻不同部位積累Cd的大小依次為根系>莖葉>稻殼>糙米，而且不同的品種間含量存在一定的差異，特別是在早稻和晚稻2個品種類型之間差異更加明顯。早稻品種成熟期根系、莖葉、稻殼、糙米中Cd含量分別為0.77～2.75、0.57～1.57、0.36～0.87、0.04～0.07 mg/kg。晚稻品種成熟期的根系、莖葉、稻殼、糙米中Cd含量分別為1.82～4.91、1.37～2.23、0.44～0.76、0.21～0.33 mg/kg。不同的基因型水稻品種，根系及莖葉中Cd累積量差異較大，稻殼中Cd含量差異不大，但糙米中Cd含量在早稻和晚稻2個類型品種之間差異較明顯，而早稻品種之間和晚到品種之間差異不大。供試早稻品種糙米Cd含量全部低于《食品安全國家標(biāo)準 食品中污染物限量》(GB 2762─2012)標(biāo)準規(guī)定的0.2 mg/kg，而供試的晚稻品種糙米Cd含量全部超出《食品安全國家標(biāo)準 食品中污染物限量》(GB 2762─2012)標(biāo)準規(guī)定的0.2 mg/kg，具體見圖1和圖2。這些研究數(shù)據(jù)表明，水稻生長過程中對Cd的吸收及運輸分布積累，除受水稻基因類型控制之外，外界生長環(huán)境對水稻根系吸附Cd及在植株體內(nèi)運輸積累有較大影響[19-20]。

從水稻植株各部位Cd的分布積累量來看，水稻吸收的Cd分配到糙米中的比例較低，糙米中Cd的含量僅為水稻植株Cd總量的0.83%～7.67%。綜合22種早稻品種和15種晚稻品種來看，水稻糙米、稻殼、莖葉、根系Cd含量之間差異顯著(P=0.000<0.05)，且不同品種之間也存在一定的差異。說明水稻體內(nèi)的阻控機制能夠有效調(diào)控根系和葉片中Cd向籽粒內(nèi)的轉(zhuǎn)運，這與文志琦等[21]研究結(jié)果一致。

表3 成熟時期水稻不同部位對Cd的積累

圖1 不同早稻品種糙米Cd含量

2.2 糙米與水稻其他部位Cd含量的相關(guān)性分析

通過對水稻糙米中Cd含量與其他部位中Cd含量相關(guān)性分析結(jié)果見圖3～圖5中的線性方程。

圖2 不同晚稻品種糙米Cd含量

綜合22個早稻和15個晚稻品種進行分析(圖3)，水稻糙米Cd含量與莖葉、根系的Cd含量間都達到極顯著正相關(guān)，P值分別為0.0000、0.0000(P<0.01)，與稻殼的Cd含量相關(guān)性不顯著，P值為0.2079(P>0.05)。說明水稻在生長過程中，通過根系吸收的Cd能通過莖葉傳輸?shù)剿咀蚜Ｖ?，隨著根系中Cd含量的增加，莖葉中和籽粒中Cd的含量也明顯增加，但增加的數(shù)量因品種而異。根系吸收的Cd通過莖葉傳輸?shù)降練ぶ械腃d含量與根系中Cd含量相關(guān)性不大，P值為0.2079(P>0.05)，可能稻殼生長過程中對Cd的積累有一定的飽和或阻隔機制。

但是分別從22個早稻品種和15個晚稻品種來看(圖4和圖5)，早稻糙米Cd含量與其根系、莖葉、稻殼中的Cd含量無相關(guān)性，P值分別為0.7736、0.1130、0.5695(P>0.05)，晚稻糙米Cd含量與其根系、莖葉、稻殼中的Cd含量也無相關(guān)性，P值分別為0.6732、0.4924、0.0789(P>0.05)。這說明水稻生長環(huán)境能夠影響水稻根系吸收的Cd向籽粒轉(zhuǎn)移。

圖3 糙米與22個早稻和15個晚稻不同部位Cd含量的線性關(guān)系

圖4 糙米與22個早稻不同部位Cd含量的線性關(guān)系

3 結(jié)論

(1)水稻的不同部位對Cd的吸收和積累存在差異，大小依次為根系>莖葉>稻殼>糙米，Cd主要集中在水稻的根部。水稻糙米Cd含量與稻殼的Cd含量相關(guān)性不顯著，與根系、莖葉中的Cd含量相關(guān)性可能與水稻生長環(huán)境因素有關(guān)。

圖5 糙米與15個晚稻不同部位Cd含量的線性關(guān)系

(2)與早稻相比，晚稻對環(huán)境Cd具有更強的吸收積累能力，且晚稻所有品種的糙米Cd含量均超過食品安全國家標(biāo)準。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

Research on Accumulation Characteristic and Correlation of Cadmium in Various Rice Varieties

CHEN Yuan-hua1, LI Jian-guo1, YANG Tao1, XIE Jie1, WEI Lin-gen1, LV Gui-fen1*, CHEN Wen-ji2

(1. Institute of Soil and Fertilizer & Resource and Environment, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System for Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture, Nanchang 330200, China; 2. Jiangxi Academy of Environmental Protection Sciences, Nanchang 330077, China)

Field experiment was conducted to investigate the accumulation characteristics and correlation of cadmium (Cd) in 22 early rice varieties and 15 late rice varieties. The results showed that the accumulation of Cd in various parts of rice plants at maturing stage was in the order: root > leaf and stem > rice husk > brown rice, namely Cd was mainly concentrated in the roots of rice. The correlation between Cd content in brown rice and Cd content in rice husk was not significant, and the correlation between Cd content in brown rice and Cd contents in root, stem and leaf might be related to the environmental factors of rice growth. Late rice had a stronger ability to absorb and accumulate the environmental Cd than early rice, and the Cd contents in brown rice of all tested late rice varieties exceeded the limit of the national food safety standards.

Rice; Cadmium; Accumulation; Characteristic; Correlation

2017-05-17

江西省重點研發(fā)計劃項目“江西重金屬中輕度污染農(nóng)田稻米綠色高效生產(chǎn)技術(shù)研究”(20161ACF60023)；江西省農(nóng)業(yè)科學(xué) 院創(chuàng)新基金資質(zhì)項目“江西省重金屬中輕度污染稻田重金屬原位鈍化技術(shù)研究”(2016CQN009)；江西省科研院所基礎(chǔ)設(shè) 施配套項目(20151BBA13033)；江西省科技支撐項目(20151BBF60033)；江西省農(nóng)科院青年基金項目(2014CQN006)。

陳院華(1981─)，男，江西修水人，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境修復(fù)研究。*通訊作者：呂貴芬。

S511

A

1001-8581(2017)09-0010-05