混植法鑒定鎘低積累水稻品種初探

摘 要：研究以早、晚稻各4個(gè)品種為材料，以區(qū)試方法為對(duì)照，設(shè)計(jì)了品種兩兩混植的單行法和半行法進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：區(qū)試鑒定早、晚稻4個(gè)品種鎘積累特性比較分別為E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2，相同品種間數(shù)據(jù)重復(fù)性僅為16.67%；混植法早稻鑒定結(jié)果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為E2>E1>E3>E4，相同品種間數(shù)據(jù)重復(fù)性僅為20.83%；混植法晚稻鑒定結(jié)果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為L4>L1>L3>L2，相同品種間數(shù)據(jù)重復(fù)性僅為12.5%；區(qū)試結(jié)果與混植法結(jié)果存在差異。田間微小環(huán)境差異嚴(yán)重影響水稻鎘積累評(píng)價(jià)，同一片大田中同一品種不同重復(fù)處理檢測(cè)結(jié)果之間重復(fù)性差，國家水稻品種區(qū)試及生產(chǎn)試驗(yàn)實(shí)施方案鑒定鎘低積累水稻品種有一定局限，鎘積累特性的評(píng)價(jià)應(yīng)建立在細(xì)化試驗(yàn)單元、加密對(duì)照、就近比較的原則上。

關(guān)鍵詞：水稻；鎘低積累；鑒定；方法

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2018）04-0017-04

Abstract：Four varieties of early and late rice were used as the materials， and the method of regional test was taken as the control. A single row method and a half row method were used for verification and evaluation of cultivar mixed planting. The results showed that the characteristics of cadmium accumulation in 4 early and late rice varieties were compared to E3 > E1 > E4 > E2， L4 > L1 > L3 > L2， and the reproducibility of data among the same varieties was only 16.67%； identification results of early rice with mixed planting method showed that the half row method was consistent with the single row method. The characteristic of cadmium accumulation was E2>E1>E3>E4， and the repeatability of the same varieties was only 20.83%. Identification results of late rice with mixed planting method showed that the half row method was consistent with the single row method. The characteristic of cadmium accumulation was L4>L1>L3>L2， and the repeatability of the same varieties was only 12.5%. The results of the regional test were different from the results of the mixed method. The microenvironment difference in field seriously affected the evaluation of cadmium accumulation in rice， the repeatability of the same variety in the same field was poor， the National Rice Variety Regional trial and production trial implementation plan identified that cadmium low accumulation rice varieties had certain limitations， the evaluation of cadmium accumulation characteristics should be based on the principle of refined test unit， encryption contrast and near comparison.

Key words：rice； low cadmium accumulation； identification； methods

近年來，農(nóng)田土壤及稻米中重金屬污染形勢(shì)日趨嚴(yán)峻[1-2]，選育鎘低積累水稻品種成為解決稻米鎘污染的重要途徑[3-4]。目前，對(duì)水稻品種的鎘積累特性評(píng)價(jià)多處于實(shí)驗(yàn)室階段，常采用盆播法等小規(guī)模的栽培模式，缺乏大田試驗(yàn)，難以完整有效評(píng)價(jià)大田環(huán)境下水稻品種對(duì)鎘的吸收與積累，所獲結(jié)果難以指導(dǎo)實(shí)際稻米生產(chǎn)。探索科學(xué)有效的大田鑒定水稻品種鎘積累特性的試驗(yàn)方法是保障鎘低水稻品種篩選和選育的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的大田鑒定方法沿用《農(nóng)作物品種區(qū)域試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范 水稻》（NY/T 1300—2007）：試驗(yàn)在同一田塊進(jìn)行，完全隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)長方形，長∶寬為2∶1～3∶1，小區(qū)面積13.3 m2，鑒定的指標(biāo)為育種關(guān)注的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等常量指標(biāo)，對(duì)微量乃至痕量的重金屬積累作用的欠缺完善的評(píng)價(jià)。水稻鎘積累特性是水稻品種基因型[5-8]與土壤鎘分布[9-10]、pH[11-13]、水分[14-16]等綜合因素共同作用的結(jié)果。大田環(huán)境中，試驗(yàn)田土壤鎘含量分布的不均勻、土壤pH值及有機(jī)質(zhì)含量的差異、灌漿期土壤水分差異等狀況，會(huì)使同一品種在同一丘試驗(yàn)田不同位置的鎘積累值差異顯著，鑒定結(jié)果呈現(xiàn)一定的隨機(jī)性。

篩選農(nóng)作物優(yōu)良品種通常有2種方法，一是優(yōu)選法，即優(yōu)中選優(yōu)；二是對(duì)照法，即篩選比對(duì)照優(yōu)良的品種。水稻鎘低積累品種鑒定，可用采用2種方法結(jié)合，優(yōu)選法篩選對(duì)照品種，鑒定品種和對(duì)照品種混植篩選低鎘品種。優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)的確定、對(duì)照的選擇、待鑒定品種與對(duì)照種植模式的選擇等條件成為影響鎘低積累水稻品種篩選與鑒定的重要因素。研究擬在大田區(qū)域試驗(yàn)，在充分考慮待試水稻品種特性的基礎(chǔ)上，探索適合大田環(huán)境的準(zhǔn)確鑒定鎘低積累水稻品種的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田的選取

1.1.1 土壤類型 湖南省水稻土為411.41萬hm2，占全省土壤總面積的16.5%，廣泛分布于湖南省平原、丘陵和山區(qū)，是湖南省主要的農(nóng)業(yè)土壤資源之一，其中，成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅壤類型的水稻土占全省水稻土的51%[17]。試驗(yàn)田選擇第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅土紅壤類型水稻土。

1.1.2 土壤鎘濃度 目前，湖南省水稻土鎘污染大部分處于中低度污染重，研究選擇中低度鎘污染區(qū)域開展試驗(yàn)，即鎘濃度為0.30～0.60 mg/kg（GB15618—1995）。

1.1.3 土壤pH值 鎘在土水體系中的遷移是一快反應(yīng)過程，pH值6以下被吸附的鎘中，生物有效態(tài)鎘量隨pH值的升高而增加，pH值6以上被吸附的鎘中，生物有效態(tài)鎘量隨pH升高而降低。湖南省水稻土酸化情況較為嚴(yán)重，大部分鎘污染水稻土pH值在5～6.8之間，試驗(yàn)選擇pH值6左右的水稻土為宜。

綜合上述影響水稻鎘吸收的土壤因素，試驗(yàn)于2016年3～10月在湖南省水稻研究所示范基地（28°12′22.02″ N，113°04′55.62″ E）進(jìn)行，土壤類型為第4紀(jì)紅土發(fā)育的紅壤，耕作層約40 cm，土壤pH值5.3，總鎘0.367 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)品種

試驗(yàn)品種分為兩組：早稻試驗(yàn)和晚稻試驗(yàn)，早晚稻各4個(gè)品種。早稻：株兩優(yōu)819（E1）、鎘試32（E2）、湘早秈45號(hào)（E3）和中嘉早17（E4），E1、E3和E4是湖南省2015～2016年間湖南省認(rèn)定的低鎘積累品種，E2為研究組新選育的早稻低鎘組合；晚稻：岳優(yōu)9113（L1）、66S/R9113（L2）、66S/R207（L3）和湘晚秈12號(hào)（L4），L1是國審及湖南省品種審定對(duì)照品種，L2和L3是研究組新選育的晚稻低鎘組合，L4是湖南省認(rèn)定的第一批晚稻低鎘品種。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 一般鑒定試驗(yàn)法 完全隨機(jī)區(qū)組排列，早晚稻各4個(gè)品種、3次重復(fù)、2行共計(jì)16株。早稻移栽密度為16.7 cm×20.0 cm，小區(qū)間留走道40 cm，重復(fù)間留走道50 cm；晚稻移栽密度為20.0 cm×20.0 cm，小區(qū)間、各重復(fù)間留走道均為40 cm。取樣時(shí)，同一品種前后2株混合，舍棄起始兩行排除邊際效應(yīng)。

1.3.2 混植法 混植法試驗(yàn)與一般鑒定試驗(yàn)方法在同一田塊進(jìn)行，4個(gè)品種兩兩混植，共6個(gè)處理。種植密度及走道設(shè)置同一般鑒定試驗(yàn)方法。試驗(yàn)設(shè)兩種混植模式，A模式為單行法，即每品種各1行，每行8株；B模式為半行法，即兩個(gè)品種一行共8株，每個(gè)品種各連續(xù)4株，雙行交叉。取樣時(shí)，同一品種前后2株混合，舍棄起始兩行排除邊際效應(yīng)。

1.4 試驗(yàn)管理

試驗(yàn)田整平，按移栽規(guī)格用劃行器劃行，然后按試驗(yàn)設(shè)計(jì)插好標(biāo)簽。移栽時(shí)于走道操作，移栽小區(qū)用走道泥土回填平整，減小田間誤差。試驗(yàn)移栽由1人完成，以防插錯(cuò)。每品種寄插20株左右用于補(bǔ)蔸，補(bǔ)蔸在移栽后約10 d完成。農(nóng)事活動(dòng)走各重復(fù)間走道，肥水管理與大面積水稻生產(chǎn)相同，成熟后期不灌水。

1.5 取樣及檢測(cè)

試驗(yàn)品種成熟后取樣，樣品曬干后送湖南省食品測(cè)試分析中心檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5009.15）。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測(cè)結(jié)果

2.1.1 一般鑒定試驗(yàn)方法檢測(cè)結(jié)果 一般鑒定試驗(yàn)方法檢測(cè)結(jié)果見圖1和圖2。從早稻檢測(cè)結(jié)果的平均值來看，4個(gè)品種均表現(xiàn)為鎘積累嚴(yán)重超標(biāo)（GB 2762—2012；0.2 mk/kg），鎘積累特性的大小為E3>E1>E4>E2；K-S檢驗(yàn)表明4個(gè)品種檢測(cè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布；4個(gè)早稻品種3次重復(fù)進(jìn)行兩兩相關(guān)性檢驗(yàn)，僅有2組檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性較好（P<0.05），重復(fù)性較好的數(shù)據(jù)頻率占總相關(guān)性檢測(cè)數(shù)的16.67%。

從晚稻檢測(cè)結(jié)果的平均值來看，4個(gè)品種鎘積累稍有超標(biāo)，鎘積累特性的大小為L4>L1>L3>L2，K-S檢驗(yàn)表明4個(gè)品種檢測(cè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。4個(gè)晚稻品種3次重復(fù)進(jìn)行兩兩相關(guān)性檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)都不具有重復(fù)性。

2.1.2 混植法檢測(cè)結(jié)果 混植法檢測(cè)結(jié)果見圖3和圖4。早稻：從單行法檢測(cè)結(jié)果均值來看，4個(gè)品種均表現(xiàn)為鎘積累嚴(yán)重超標(biāo)，鎘積累特性大小為E2>E1>E3>E4，且半行法檢測(cè)結(jié)果4個(gè)品種積累特性與單行法一致；K-S檢驗(yàn)表明各重復(fù)中檢測(cè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布；分別對(duì)單行法和半行法中同一品種不同重復(fù)相關(guān)性分析可發(fā)現(xiàn)，僅有5組檢測(cè)數(shù)據(jù)具有重復(fù)性，占總數(shù)據(jù)量的20.83%。

晚稻：從單行法檢測(cè)結(jié)果均值來看，4個(gè)品種鎘積累稍有超標(biāo)，鎘積累特性大小為L4>L1>L3>L2，且半行法檢測(cè)結(jié)果4個(gè)品種積累特性與單行法一致；K-S檢驗(yàn)表明各重復(fù)中檢測(cè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布；分別對(duì)單行法和半行法中同一品種不同重復(fù)相關(guān)性分析可發(fā)現(xiàn)，僅有3組檢測(cè)數(shù)據(jù)具有重復(fù)性，占總數(shù)據(jù)量的12.5%。

2.2 分 析

從上述結(jié)果可以看出，早稻鎘超標(biāo)情況較晚稻更為嚴(yán)重，試驗(yàn)?zāi)攴菰绲竟酀{期成熟期遭遇田間持續(xù)干旱、晚稻灌漿期成熟期雨水充沛，田間水分充足可能是造成早稻超標(biāo)較晚稻嚴(yán)重的主要原因。

一般鑒定試驗(yàn)方法檢測(cè)結(jié)果與混植法檢測(cè)結(jié)果在對(duì)品種鎘積累特性的鑒定上有明顯差異，一般鑒定方法支持E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2，兩種混植法都支持E2>E1>E3>E4、L4>L1>L3>L2。對(duì)同一品種不同重復(fù)的檢測(cè)結(jié)果顯示，雖然所有重復(fù)處理的數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，但不論是一般鑒定試驗(yàn)方法還是兩種混植法，各樣品重復(fù)處理的檢測(cè)結(jié)果很難具備重復(fù)性。同一片大田環(huán)境中的不同重復(fù)間檢測(cè)結(jié)果差異較大，田間環(huán)境及取樣距離是造成數(shù)據(jù)重復(fù)性差的主要原因。田間重金屬鎘含量相對(duì)水稻生長所需要的大量元素來說極其微小，田間灌溉水徑流、田間土壤微環(huán)境結(jié)構(gòu)差異等因素能造成同一大田環(huán)境下不同微環(huán)境中鎘含量的巨大差異，取樣距離稍遠(yuǎn)，植株生長的微環(huán)境中鎘濃度可能相差差異，從而影響水稻對(duì)鎘的積累。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，區(qū)試鑒定早、晚稻4個(gè)品種積累特性比較分別為E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2，相同品種間數(shù)據(jù)重復(fù)性僅為16.67%；混植法早稻鑒定結(jié)果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為E2>E1>E3>L4，相同品種間數(shù)據(jù)重復(fù)性僅為20.83%，；混植法晚稻鑒定結(jié)果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為L4>L1>L3>L2，相同品種間數(shù)據(jù)重復(fù)性僅為12.5%；區(qū)試結(jié)果與混植法結(jié)果存在差異。

近年來，以稻米鎘污染為典型的農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染越來越受到人們關(guān)注，篩選和選育在中低濃度重金屬污染土壤環(huán)境中亦能達(dá)標(biāo)的作物新品種是解決農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染的主要途徑。但無論在省級(jí)審定還是國家審定過程中，品種重金屬積累特性評(píng)價(jià)體系都有待建立。

在評(píng)價(jià)試驗(yàn)品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性等特性時(shí)，通常將待鑒定品種與對(duì)照隨機(jī)混植，設(shè)置多次重復(fù)，在檢驗(yàn)點(diǎn)時(shí)期對(duì)待鑒定品種和對(duì)照品種抽樣檢測(cè)。這些待評(píng)價(jià)品種的特性，如豐產(chǎn)性，受田間水肥影響較大，肥料元素在土壤中為大量元素（N：140～225 mg/kg；P：57～100 mg/kg；K：106～150 mg/kg），田間微環(huán)境對(duì)肥料濃度影響較小，故在保障田間水肥大體一致的情況下，豐產(chǎn)性特征具有良好可重復(fù)性。

重金屬元素在土壤中是微量元素（Cd：0.20～0.60 mg/kg；Hg：0.15～1.0 mg/kg；As：15～30 mg/kg），濃度與大量元素相比呈幾何數(shù)量級(jí)倍數(shù)差異，且其濃度容易受氣候、土壤環(huán)境、插植時(shí)人工操作等多方面因素的顯著影響。精確評(píng)價(jià)品種重金屬積累特性是篩選和選育重金屬低積累新品種的關(guān)鍵所在。較以往而言，評(píng)價(jià)品種的重金屬積累特性時(shí)，不宜簡單照搬現(xiàn)有的品種特性評(píng)價(jià)方法，應(yīng)更加細(xì)分試驗(yàn)單元，加密對(duì)照，就近比較，在盡可能相似的微環(huán)境中同時(shí)對(duì)待評(píng)價(jià)品種和參照品種進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少田間微環(huán)境差異帶來的評(píng)價(jià)偏差，同時(shí)，評(píng)價(jià)品種重金屬積累特性應(yīng)建立在標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化試驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）