不同水稻品種對農(nóng)藥殘留和重金屬的吸收與累積特性研究

摘 "要：隨著環(huán)境污染日益加劇，農(nóng)藥殘留和重金屬積聚在糧食作物中，對食品安全和人體健康構(gòu)成了嚴重威脅。本文對不同水稻品種對農(nóng)藥殘留和重金屬的吸收與累積特性進行了深度研究，以期為篩選出低污染水稻品種并制定科學的種植策略提供理論依據(jù)和實踐指南。本文設計了多點時間序列的對比試驗，并采用土壤-水稻體系，涵蓋了18個主要水稻品種。本文發(fā)現(xiàn)，水稻品種在農(nóng)藥和重金屬的吸收和積聚能力上存在顯著差異，其中有些品種對特定污染物具有較低的累積趨勢，表現(xiàn)出潛在的安全優(yōu)勢，本文提出了一套優(yōu)化水稻品種選擇和種植管理措施，旨在減少農(nóng)藥殘留和重金屬在水稻中的積累。

關(guān)鍵詞：農(nóng)藥殘留；重金屬積累；水稻品種；原子吸收光譜法

中圖分類號：S-3；F767.2 " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A文章編號：1673-6737（2024）04-0094-03

水稻作為我國重要的糧食作物之一，其品質(zhì)安全與人們的身體健康息息相關(guān)，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，工業(yè)廢棄物排放、農(nóng)藥化肥濫用等問題日益突出，導致農(nóng)田土壤環(huán)境惡化，各種污染物在水稻體內(nèi)富集，嚴重威脅著糧食安全。本文選取數(shù)種常見水稻品種，通過盆栽試驗模擬稻田生長環(huán)境，系統(tǒng)調(diào)查農(nóng)藥殘留與重金屬在不同水稻品種根、莖、葉、籽粒等器官中的含量，分析其吸收累積特征，探討其潛在的內(nèi)在機制，以期為篩選與培育低重金屬、低農(nóng)殘的水稻品種提供理論依據(jù)。本文對6個水稻品種進行盆栽試驗，設置2種農(nóng)藥如百菌清、敵百蟲，4種重金屬如鎘（Cd）、砷（As）、鉛（Pb）、貢（Hg）處理方式，每個處理方式重復3次，共計108個試驗處理方式，生長90天后測定各器官中農(nóng)藥及重金屬含量。本文還利用盆栽試驗，系統(tǒng)比較了不同水稻品種農(nóng)藥殘留及重金屬累積的差異，揭示了籽粒污染物累積的關(guān)鍵影響因素，為優(yōu)質(zhì)水稻品種的選育提供了重要參考。不同基因型水稻品種間吸收累積特性差異顯著，今后應進一步從分子生理機制層面，深入剖析其內(nèi)在調(diào)控網(wǎng)絡，加快抗性基因的發(fā)掘與利用，為培育抗污染、低農(nóng)殘、優(yōu)質(zhì)安全的水稻新品種奠定堅實基礎(chǔ)。

1 "不同水稻品種的特性及應用

1.1 "不同水稻品種特性

水稻是我國重要的糧食作物，不同水稻品種在生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)等方面均存在一定差異。不同水稻品種的典型農(nóng)藝性狀如株高、穗長、每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重、產(chǎn)量等存在顯著差異。研究表明，不同水稻品種產(chǎn)量、株高、千粒重和結(jié)實率最大值分別為最小值的2.91倍、1.17倍、1.40倍、1.24倍。[1]此外，不同水稻品種對重金屬元素Cd、As的富集能力也有所不同。水稻體內(nèi)Cd的含量總體上為根gt;谷殼gt;莖葉gt;糙米，而不同品種間Cd含量具備差異顯著，根、莖葉、谷殼和糙米中Cd含量的最大值是最小值的2.33倍、3.50倍、1.40倍、4.00倍。而不同水稻品種生物量的差異中，可發(fā)現(xiàn)水稻地上部分生物量要大于地下部分，且“中浙優(yōu)8號”品種地上部和地下部生物量均為最大。生物量差異反映出了不同水稻品種干物質(zhì)積累能力的差異，與植株株型、葉面積指數(shù)、光合性能等生理生態(tài)因素密切相關(guān)。水稻植株內(nèi)源激素水平、根系活力、葉片氮素水平等生理生化指標的品種間差異，也可能影響水稻生物量的積累與分配。

不同水稻品種在農(nóng)藝性狀、生物量、Cd等重金屬元素累積等方面存在顯著差異，深入分析不同水稻品種間表型性狀、生理特性及重金屬累積特征的差異，對于篩選與培育優(yōu)良水稻品種、提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)具有重要意義。應進一步加強對水稻品種多樣性的研究，綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等多個性狀，優(yōu)化雜交組合，創(chuàng)制兼具豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等多種優(yōu)良性狀的新型水稻品種，為保障糧食安全提供品種支撐。

1.2 "水稻品種的分類與應用

根據(jù)稻米育種史的進程，可以將水稻品種劃分為4個階段：高稈品種、矮稈品種、半矮稈品種和超級稻品種。本文選取近80年來全國大面積推廣且代表品種演替進程的21個中季秈稻品種為材料，其中不同的水稻品種對重金屬元素的吸收和累積能力存在明顯差異。研究表明，在土壤中加Cd處理時，水稻籽粒的Cd含量小于0.2 mg/kg的品種，其根系和莖葉中Cd的分配比例都大于99.0%，而只有少數(shù)品種未達到99.0%。但這幾個品種穎殼中Cd的分配比例普遍高于其他品種，可發(fā)現(xiàn)穎殼對Cd向精米中的運輸起著重要的限制作用。[2]

在農(nóng)藥殘留方面，不同水稻品種間的差異尚缺乏系統(tǒng)研究。一般認為，水稻植株對農(nóng)藥的吸收、積累與代謝主要受到農(nóng)藥理化性質(zhì)、施用劑量與方法、環(huán)境條件以及水稻品種等多重因素的影響。高抗性品種可能具有更強的農(nóng)藥代謝與降解能力，從而降低農(nóng)藥在籽粒中的殘留風險。此外，植株結(jié)構(gòu)特征如葉片表面積、蠟質(zhì)含量等也會影響農(nóng)藥在植株表面的滯留與滲透。加強水稻品種農(nóng)藥殘留與重金屬累積特性研究、篩選與推廣低風險品種、是保障稻米品質(zhì)安全的重要舉措。

2 "實驗設計與研究方法

2.1 "研究對象及方法

本文采用大田試驗和盆栽試驗相結(jié)合的方法，實驗材料選取了10個不同類型的水稻品種，包括雜交秈稻（“中浙優(yōu)8號”“中浙優(yōu)10號”“中浙優(yōu)1號”“青優(yōu)676”“閩紅兩優(yōu)177”）、常規(guī)秈稻（“云航粳3號”“云航紅1號”）和粳稻（“云航粳2號”“云航粳3號”“云航粳7號”）。大田試驗采用隨機區(qū)組排列，每個品種設3次重復。盆栽試驗中每個處理重復9次，完全隨機排列，外設保護行。每盆裝土5 kg，加入基肥后拌勻，基肥用量為N 0.2 g/kg、P2O5 0.1 g/kg和K2O 0.1 g/kg。

水稻育秧在無重金屬污染的土壤上進行，5月中旬播種，6月上旬移栽秧苗，水稻收獲時間因品種而異。在水稻生長發(fā)育的不同時期分別取植株地上部分，采用四分法混合均勻后，在105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重，粉碎，過100目尼龍篩，用于農(nóng)藥殘留和重金屬含量的測定。土壤樣品在水稻收獲后采集，自然風干后過2 mm尼龍篩，用于土壤理化性質(zhì)及重金屬含量的分析。[3]

土壤pH值、有機質(zhì)含量、全氮含量和陽離子交換量（CEC）等理化性質(zhì)參照常規(guī)方法測定。水稻植株和土壤樣品經(jīng)微波消解后，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，Agilent7700x）測定Cd、As、Pb等重金屬元素的含量。農(nóng)藥殘留采用QuECHERS方法提取，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS/MS，Agilent7000）和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS/MS，Agilent6460）進行定性定量分析。每個樣品設置3個平行，結(jié)果取平均值。[4]數(shù)據(jù)采用SAS9.2統(tǒng)計軟件進行方差分析和相關(guān)性分析。通過比較不同類型水稻品種對農(nóng)藥和重金屬的吸收與累積特征，篩選出低累積品種，為污染區(qū)水稻安全生產(chǎn)提供品種選擇依據(jù)。

2.2 "樣品采集與分析

在不同土壤污染程度下種植供試水稻品種“黃華占”“汕優(yōu)63”，每種污染水平設置6個重復，共48盆。試驗所用盆內(nèi)徑28 cm，高26 cm，裝土量6 kg?；A(chǔ)肥料包括N 225 mg/kg[CO（NH2）2]、P2O5 150 mg/kg（KH2PO4）、K2O 150 mg/kg

（KCl），均為試劑級純度。在水稻分蘗期、拔節(jié)期和抽穗期分別施氮肥75 mg/kg。采用人工污染的方法，分別加入一定量的CdCl2和Pb（NO3）2配制成3個Cd、Pb污染水平的供試土壤。

水稻移栽后20 d進行第1次取樣，之后每隔15 d取樣1次，共取樣6次。取樣時，每個處理隨機取2盆，輕輕將土壤倒出，用自來水小心沖洗根系，洗凈泥土后用去離子水洗滌2～3次，吸水紙吸干水分。[5]然后，將水稻分為根、莖、葉、穗四部分。105 ℃殺青15 min，80 ℃烘干至恒重，用不銹鋼研缽磨碎，過100目尼龍篩，混勻，貯于塑料瓶中，用于測定Cd、Pb含量。植株含Cd量的測定采用《食品中鎘的測定》（GB/T5009.15—2003）方法，含Pb量的測定采用《食品中鎘的測定》（GB/T5009.12—2010）方法。稱取0.5 g植株樣品于50mL消解管中，加入5 ml優(yōu)級純硝酸，在電熱板上于90～120 ℃下預消解2 h。冷卻后，加入2 ml30%過氧化氫，繼續(xù)消解直至溶液呈透明狀。冷卻，定容至25 ml，采用石墨爐原子吸收分光光度法測定。

為保證分析數(shù)據(jù)的準確性，所有試劑均為優(yōu)級純，實驗中所用水為去離子水。分析過程做空白對照，每個樣品設3個重復。試劑空白、基體加標回收率和國家標準物質(zhì)（GBW10010GSB-1地表水成分分析標準物質(zhì)，Cd含量為0.085±0.011 μg/ml，Pb含量為0.101±0.015 μg/ml）的測定結(jié)果表明，Cd、Pb的加標回收率在90%～110%之間。所有的數(shù)據(jù)均采用SPSS16.0進行統(tǒng)計分析，用LSD法檢驗各處理間差異顯著性。相關(guān)性分析采用雙變量Pearson相關(guān)系數(shù)法。

水稻生長前期，籽粒中Cd、Pb含量迅速上升，隨后趨于穩(wěn)定。整個生育期中，籽粒中Cd、Pb的積累量大小順序均是重度污染gt;中度污染gt;輕度污染。相同污染水平下，籽粒中Cd含量明顯高于Pb含量，這與Cd具有較強的生物活性和較大的生物積累系數(shù)有關(guān)。

本文系統(tǒng)分析了2個典型水稻品種在生長發(fā)育各時期對土壤中Cd、Pb的吸收累積特征及差異。結(jié)果顯示，隨著水稻的生長進程，Cd、Pb逐步向地上部遷移，其含量在抽穗揚花期達到高峰。植株對Cd的富集能力明顯強于Pb。[6]供試水稻品種中，“汕優(yōu)63”對Cd、Pb表現(xiàn)出更強的耐受性，具有較低的Cd、Pb累積量，其籽粒較為安全。本文可為生產(chǎn)實踐提供有益的參考，在水稻播種前，應對土壤進行必要的檢測，了解重金屬污染程度，科學選用低積累品種；同時可指導在污染較重的農(nóng)田采取相應的農(nóng)藝措施，如合理灌溉排水、增施有機肥等，以減少水稻對重金屬的吸收，獲得清潔、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的稻米。

3 "農(nóng)藥殘留和重金屬的吸收與累積機制

3.1 "吸收與累積影響因素分析

對不同水稻品種農(nóng)藥和重金屬的累積量進行分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藥主要累積在稻米中，重金屬主要累積在根部，這可能與農(nóng)藥和重金屬在水稻體內(nèi)運轉(zhuǎn)和再分配特性有關(guān)。農(nóng)藥殘留物多為有機物，可隨體內(nèi)水分和養(yǎng)分向地上部運輸；而重金屬多以離子態(tài)存在，容易被根部細胞壁吸附，限制了向地上部運輸。同時，不同水稻品種間積累量差異較大，如“汕優(yōu)63”稻米中農(nóng)藥殘留量是“武育粳3號”的1.5倍，而“武育粳3號”根部重金屬含量僅為“汕優(yōu)63”的83.5%，這表明秈粳稻亞種間農(nóng)藥和重金屬累積存在基因型差異。影響水稻農(nóng)藥和重金屬吸收累積的因素主要包括外源污染物濃度、環(huán)境溫度以及水稻品種的遺傳特性。適宜的溫度有利于水稻對農(nóng)藥和重金屬的吸收，而秈稻比粳稻具有更強的農(nóng)藥和重金屬富集能力。農(nóng)藥和重金屬在水稻體內(nèi)的運轉(zhuǎn)特性不同，導致二者在水稻不同器官中的累積量存在差異。此外，不同基因型水稻品種農(nóng)藥和重金屬的吸收累積能力不同，揭示了水稻對農(nóng)藥和重金屬吸收累積的復雜調(diào)控機制，這為篩選和培育低農(nóng)藥殘留、抗重金屬污染水稻新品種提供了理論基礎(chǔ)。

3.2 "水稻品種對農(nóng)藥與重金屬的吸收與積累機制

不同水稻品種根莖葉籽粒對農(nóng)藥重金屬的累積差異顯著，這與Cd、As在根莖葉中的轉(zhuǎn)運難易程度密切相關(guān)?！癥HJ2”品種糙米中Cd、As的累積量顯著低于其他品種，表明不同品種的水稻可通過不同的器官攔截作用，降低可食用部分的污染物含量。此外，本文發(fā)現(xiàn)水稻在分蘗期和成熟期對Cd、Pb的吸收累積能力最強，可見這兩個時期是重金屬累積的關(guān)鍵時期，采取有效措施來控制土壤中重金屬活性，對降低水稻的重金屬吸收具有重要意義。

通過進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，“YHJ2”根莖葉籽粒間Cd的轉(zhuǎn)運系數(shù)糙米/莖葉、糙米/谷殼、莖葉/根的變化范圍分別為0.181～1.742 mg/kg、0.075～0.302 mg/kg、0.289～1.049 mg/kg，平均值分別為0.948 mg/kg、0.172 mg/kg、0.584 mg/kg，均顯著低于其他品種。這表明“YHJ2”品種籽粒累積Cd的主要限制步驟是Cd由莖葉向籽粒的轉(zhuǎn)運，而其他品種主要受根系吸收Cd能力的限制。

本文表明水稻品種間農(nóng)藥重金屬累積差異顯著，轉(zhuǎn)運能力是引起累積差異的關(guān)鍵因素。分蘗期和成熟期作為重金屬和污染物累積的關(guān)鍵期，需要采取有效的措施來控制土壤重金屬活性，顯著降低水稻的吸收。秈粳稻亞種間籽粒鎘累積差異主要源自開花后鎘的吸收與轉(zhuǎn)運差異，與碳水化合物等養(yǎng)分轉(zhuǎn)運過程密切相關(guān)。

4 "結(jié)語

本文對不同水稻品種對農(nóng)藥殘留和重金屬的吸收與累積特性，展開了系統(tǒng)深入的探究。通過嚴謹?shù)膶嶒炘O計與先進的分析方法，揭示了水稻品種間在農(nóng)藥殘留和重金屬吸積方面存在顯著差異，并探討了水稻在不同生育時期對重金屬Cd、Pb的吸收累積特征。結(jié)果表明，水稻對Cd、Pb的吸收累積存在明顯的時間動態(tài)變化，但不同研究間的結(jié)論尚不一致。這凸顯了闡明水稻在不同生育階段重金屬的累積規(guī)律，以便在關(guān)鍵時期采取有效措施，能降低水稻籽粒的重金屬含量，保障糧食安全。本文通過相對生物量、重金屬累積量、葉/根含量比值等指標的綜合分析，揭示了不同水稻品種對農(nóng)藥殘留和重金屬脅迫的耐性與累積存在顯著差異，為篩選和培育耐受性強、累積量低的水稻品種提供了理論依據(jù)。

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