水稻鎘砷累積的基因型和環(huán)境互作效應(yīng)分析

關(guān)鍵詞：水稻；鎘；砷；重金屬污染；基因型；環(huán)境影響

中圖分類號(hào)：X53；S511；X173 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2025）01-0022-09 doi：10.11654/jaes.2024-0053

2014年環(huán)境保護(hù)部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國耕地土壤鎘（Cd）、砷（As）污染較為嚴(yán)重，鎘點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%，砷點(diǎn)位超標(biāo)率為2.7%。鎘、砷復(fù)合污染已成為我國南方稻田重金屬污染的主要形式[1]?！版k大米”、“毒大米”等事件的曝光致使湖南省稻米重金屬質(zhì)量安全受到社會(huì)廣泛關(guān)注。水稻作為我國最主要的糧食作物之一，確保稻米重金屬達(dá)標(biāo)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需解決的重大課題[2-3]。

水稻對(duì)鎘、砷的吸收積累存在顯著的基因型差異，湖南省基于多年多點(diǎn)大田試驗(yàn)篩選出一批應(yīng)急性鎘低積累水稻品種[4-5]，周珍華等[6]基于生物富集系數(shù)（BCF）篩選出了適合當(dāng)?shù)胤N植的砷低積累水稻品種。水稻對(duì)鎘、砷的吸收積累受田間種植環(huán)境的影響也極為明顯，占稻米鎘、砷差異來源的87%[7]，且水稻對(duì)鎘、砷的吸收積累受土壤鎘、砷相異的化學(xué)行為的影響而呈顯著負(fù)相關(guān)[8]。淹水或施用石灰等農(nóng)田降鎘技術(shù)往往引起水稻對(duì)砷積累的增加[9]，在鎘、砷復(fù)合污染稻田的修復(fù)治理過程中往往顧此失彼，種植鎘、砷低積累水稻品種是在不改變農(nóng)民種植習(xí)慣的情況下實(shí)現(xiàn)稻米達(dá)標(biāo)生產(chǎn)的最有效途徑。但因水稻對(duì)鎘、砷的吸收積累受其基因型和環(huán)境的共同調(diào)控[7，10]，如何科學(xué)篩選出穩(wěn)定的鎘、砷同步低積累的水稻品種是關(guān)鍵。蔣彬等[11]針對(duì)弱酸性復(fù)合污染稻田從239 份水稻材料中篩選出一批鎘、砷低積累的水稻品種（如浙珍2號(hào)和浙9905），劉湘軍等[12]和易春麗等[13]也基于當(dāng)?shù)劓k、砷復(fù)合污染土壤篩選了一批適宜當(dāng)?shù)胤N植的鎘、砷同步低積累水稻品種。然而，針對(duì)不同生態(tài)區(qū)的不同污染特征土壤，篩選出穩(wěn)定的鎘、砷同步低累積水稻品種卻變得更加困難，這些研究報(bào)道也相對(duì)較少。

為科學(xué)指導(dǎo)鎘、砷低積累水稻品種篩選及適宜種植地選擇，本研究基于不同生態(tài)區(qū)、不同污染特征的稻田土壤調(diào)查了不同水稻品種對(duì)鎘、砷吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的特征，并運(yùn)用GGE雙標(biāo)圖和產(chǎn)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)綜合評(píng)價(jià)并篩選了產(chǎn)能較高的適宜推廣的鎘、砷低累積水稻品種，為污染農(nóng)田稻米安全生產(chǎn)和鎘、砷低積累水稻品種篩選鑒定提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選擇湖南省9 個(gè)主栽水稻品種（V1～V9）為試驗(yàn)材料，分別為隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、深兩優(yōu)5814、隆兩優(yōu)1988、和兩優(yōu)1號(hào)、C兩優(yōu)386、C兩優(yōu)87、深優(yōu)9595和Y 兩優(yōu)9918。所有品種皆為雜交秈稻，其中深兩優(yōu)5814、隆兩優(yōu)1988、和兩優(yōu)1號(hào)、C兩優(yōu)386、深優(yōu)9595 為一季稻，隆兩優(yōu)華占、晶兩優(yōu)1212、C兩優(yōu)87、Y兩優(yōu)9918為晚稻。

1.2試驗(yàn)地點(diǎn)

水稻田間試驗(yàn)選擇湖南省不同生態(tài)區(qū)的鎘污染稻田，其中湘南地區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)，分別為永州祁陽市白水鎮(zhèn)（S1）、郴州臨武縣武水鎮(zhèn)（S2）和南強(qiáng)鎮(zhèn)（S3）；湘西北地區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)，分別為湘西州永順縣萬坪鎮(zhèn)（S4）和花垣縣貓兒鄉(xiāng)（S5），張家界市永定區(qū)楓香崗鄉(xiāng)（S6）。6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，土壤呈酸性的3 個(gè)（S1、S2 和S4），土壤呈堿性的3個(gè)（S3、S5和S6）。各試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)及鎘、砷含量見表1。不同位點(diǎn)間土壤有機(jī)質(zhì)含量和營養(yǎng)元素含量均差異顯著。S1～S4位點(diǎn)土壤總鎘含量相對(duì)較低，S5和S6位點(diǎn)總鎘含量較高；而S1～S2位點(diǎn)土壤有效鎘含量較高，S3～S6位點(diǎn)有效鎘含量相對(duì)較低。

1.3 試驗(yàn)方法

在6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別對(duì)9個(gè)水稻品種開展田間小區(qū)試驗(yàn)，各3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積20 m²，株行距分別為20 cm和23.3 cm，小區(qū)間不做田埂，以0.8 m寬空行隔開，確保整個(gè)田間水肥管理一致。試驗(yàn)前先用旋耕機(jī)勻田，使田間土壤理化性質(zhì)和污染程度相對(duì)均勻；再平整田塊，田面最高處與最低處落差不超過2cm，減少水分管理等農(nóng)藝措施對(duì)各品種吸收轉(zhuǎn)運(yùn)鎘、砷的影響。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)皆按照當(dāng)?shù)匾患镜痉N植習(xí)慣進(jìn)行水稻育秧、移栽和水肥管理。

1.4 指標(biāo)測定

水稻種植前采集耕作層（0～15 cm）土壤樣品，測定土壤基本理化性質(zhì)及土壤鎘、砷含量。水稻種植后于成熟期在每個(gè)小區(qū)按5點(diǎn)取樣法分別取水稻樣品10株，分秸稈和稻谷樣品，分別測定其中秸稈和糙米鎘、砷含量。土壤樣品采用混合酸HNO₃-HClO₄-HF（5∶1∶2，V/V）消解，消解完全后趕酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后轉(zhuǎn)移定容，采用ICP-MS（iCap-Q，美國Thermo公司）測定其中總鎘和砷的濃度。土壤中有效態(tài)鎘成分采用DTPA（二乙三胺五醋酸）溶液提?。悍Q量10.00g過20目的土壤樣品，加入50 mL（固液比1∶5）的DTPA溶液，振蕩2h后過濾，稀釋20倍后待測。土壤中有效砷采用乙酸銨提取方法進(jìn)行：稱10.00g土樣，加入50 mL 的乙酸銨溶液（1mol·L^-1），在25 ℃條件下以180r·min^-1速率振蕩1 h后過濾，稀釋20～100倍后待測。水稻收獲期在每個(gè)小區(qū)按5點(diǎn)取樣法分別取水稻樣品10株，并用清水洗凈，再用去離子水潤洗幾次，分秸稈和稻谷樣品。水稻植株在鼓風(fēng)干燥箱里于105 ℃殺青30 min，再在70 ℃烘至恒質(zhì)量。秸稈和糙米樣品使用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎至過100目篩，然后使用混合酸HNO₃-H₂O₂（5∶2，V/V）按照EPA 3051a程序（樣品消解溫度以每分鐘12 ℃的速率爬升到120 ℃ ，保持3 min，隨后經(jīng)6 min 爬升到150 ℃，保持6 min，最后經(jīng)8 min爬升到185 ℃，保持20 min）經(jīng)微波消解后待測（高通量高壓微波消解儀，CEM MARS6，CEM，美國）。土壤浸提液和植株消解樣品中鎘、砷濃度均采用ICP-MS測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，運(yùn)用Excel2003和SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析，Origin 2017作圖。

GGE雙標(biāo)圖：采用R-Studio的“GGEBiplotGUI”軟件包作雙標(biāo)圖分析。GGE 雙標(biāo)圖的適應(yīng)性分析：試驗(yàn)點(diǎn)距離原點(diǎn)的距離（線段長）越長，其區(qū)分力越強(qiáng)；把各個(gè)方向上距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)用直線連接起來，構(gòu)成一個(gè)多邊形，通過中心對(duì)每條邊做垂線，將雙標(biāo)圖分為幾個(gè)扇區(qū)，品種在扇區(qū)分布位于扇區(qū)內(nèi)環(huán)境中，多邊形頂角的品種重金屬含量最高，反之則低。GGE雙標(biāo)圖的穩(wěn)定性分析：試驗(yàn)點(diǎn)線段和平均環(huán)境軸（GGE雙標(biāo)圖中綠色帶箭頭的線）的角度是其對(duì)目標(biāo)環(huán)境的代表性的度量，角度越小，代表性越強(qiáng)；品種與平均環(huán)境軸的距離（線段長）越大，其穩(wěn)定性越差。

因子解釋的百分比：當(dāng)環(huán)境、品種、環(huán)境×品種為固定因素和方差來源，用于估計(jì)其影響時(shí)，采用一般線性模型程序來劃分表型方差（籽粒鎘和砷濃度的變化）。因子解釋的百分比變化用百分?jǐn)?shù)平方和（SS）表示，計(jì)算公式為：SS=SS 因子/總SS×100。

產(chǎn)量分?jǐn)?shù)（AYS）：參照所有試驗(yàn)位點(diǎn)所有品種的產(chǎn)量平均值來評(píng)估各品種的產(chǎn)量潛力，一個(gè)品種的產(chǎn)量分?jǐn)?shù)為零，表明該品種的產(chǎn)量在試驗(yàn)品種中處于平均水平。產(chǎn)量分?jǐn)?shù)計(jì)算公式為：AYS=（X-μ）/σ。X 為同一品種在不同環(huán)境中的產(chǎn)量平均值，μ 為所有品種X 值的平均值，σ 為所有品種X 值的方差。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）：稻米鎘、砷含量分別與秸稈鎘、砷含量的比值（TF_Cd=Cd_Rice/Cd_Stem；TF_As=As_Rice/As_Stem）；富集系數(shù)（BCF）：稻米鎘、砷含量與土壤有效態(tài)鎘、砷含量的比值（BCF_Cd=Cd_Rice/Cd_Soil；BCF_As=As_Rice/As_Soil）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特征

不同地區(qū)不同水稻品種的稻米和秸稈的鎘含量如圖1 所示。試驗(yàn)點(diǎn)S1～S6 的稻米鎘平均含量分別為（0.63±0.11）、（0.48±0.22）、（0.07±0.01）、（0.07±0.01）、（0.06±0.01）、（0.06±0.01）mg·kg^-1，秸稈鎘平均含量分別為（2.91±0.47）、（1.75±0.38）、（0.22±0.03）、（0.30±0.08）、（0.26±0.04）、（0.16±0.03）mg·kg^-1。其中，試驗(yàn)點(diǎn)S1和S2的稻米和秸稈鎘含量皆顯著高于其他4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。多因素方差分析表明不同試驗(yàn)點(diǎn)之間稻米鎘含量具有極顯著差異，不同品種間稻米鎘含量也具有極顯著差異，而環(huán)境和品種交互作用下稻米鎘含量也表現(xiàn)出極顯著差異（表2）。比較差異來源間離均差平方和百分比（SS%），環(huán)境所占的比重最大，達(dá)到了83.46%，為稻米鎘含量變異的最大來源，其次為環(huán)境和品種交互作用（9.87%）。表明環(huán)境異質(zhì)性對(duì)稻米鎘含量的影響高于水稻基因型的影響。

不同試驗(yàn)點(diǎn)和不同水稻品種間的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF_Cd）和富集系數(shù)（BCF_Cd）也均存在顯著差異（圖2，Plt;0.01），不同試驗(yàn)點(diǎn)間的TFCd在0.22～0.39之間，平均為0.28，且S6gt;S3gt;S2gt;S5gt;S4gt;S1；不同試驗(yàn)點(diǎn)間BCF_Cd在0.28～1.54之間，平均為0.72，且S1gt;S2gt;S6gt;S3gt;S4gt;S5。其中，S1 和S2 的BCF_Cd 顯著高于S3～S5 試驗(yàn)點(diǎn)（Plt;0.001），且S1 和S2 的BCF_Cd 遠(yuǎn)高于TF_Cd（Plt;0.001）。整體上，水稻對(duì)鎘的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)都顯著受到環(huán)境和品種的共同影響，環(huán)境對(duì)它們變異的作用更大（表2）。

2.2 水稻砷吸收轉(zhuǎn)運(yùn)特征

不同試驗(yàn)點(diǎn)和不同水稻品種間的稻米和秸稈砷含量皆差異顯著（圖3和表2，Plt;0.001）。S1～S6試驗(yàn)點(diǎn)的稻米砷平均含量分別為（0.17±0.02）、（0.20±0.05）、（0.18±0.03）、（0.11±0.02）、（0.09±0.02）、（0.19±0.03）mg·kg^-1，秸稈砷平均含量分別為（6.26±1.12）、（8.89±2.55）、（6.04±1.09、（1.66±0.62）、（2.12±0.43）、（5.49±0.85）mg·kg^-1。其中S4 和S5 兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的稻米和秸稈砷含量皆顯著低于其他4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（S1～S3、S6）。差異分析也表明試驗(yàn)環(huán)境對(duì)稻米砷含量影響極為顯著，是最大的變異來源（表2，56.56%），品種也解釋了稻米砷含量變異的17.20%，說明環(huán)境和基因型共同影響了稻米砷含量，而環(huán)境異質(zhì)性影響更大。

不同試驗(yàn)點(diǎn)不同水稻品種稻米砷的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF_As）和富集系數(shù)（BCF_As）也存在顯著差異（圖4和表2，Plt;0.01）。不同試驗(yàn)點(diǎn)間的TF_As在0.02～0.07之間，平均為0.04，且S4gt;S5gt;S6gt;S3gt;S1gt;S2；不同試驗(yàn)點(diǎn)間BCF_Cd 在0.94～1.09 之間，平均為1.01，且S3gt;S4gt;S6gt;S2gt;S5gt;S1。稻米砷累積系數(shù)受到基因型的影響大于環(huán)境（SS%：35.10% vs 5.91%），而稻米砷從莖向籽粒轉(zhuǎn)移系數(shù)則受環(huán)境影響更大，高于基因型（SS%：54.55% vs 4.55%）。6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，BCF_As 皆遠(yuǎn)高于TF_As（Plt;0.001），且在試驗(yàn)點(diǎn)S2～S6稻米砷含量和TFAs極顯著正相關(guān)（Plt;0.01，表3），表明水稻莖部砷向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)能力顯著影響了籽粒砷含量。

綜上可知，稻米鎘、砷累積受到土壤環(huán)境和水稻基因型交互作用的影響。進(jìn)一步分析土壤環(huán)境變量中各個(gè)參數(shù)對(duì)稻米鎘、砷累積的影響。不同品種平均稻米鎘含量和土壤有效鎘濃度顯著正相關(guān)（r=0.90，Plt;0.05），與土壤總鎘含量沒有顯著相關(guān)性。土壤pH值和稻米鎘含量負(fù)相關(guān)（r=-0.743），但沒有達(dá)到顯著性水平。不同品種稻米砷平均含量也和土壤有效砷濃度呈極顯著正相關(guān)（r=0.98，Plt;0.01），與土壤總砷含量沒有顯著相關(guān)性。本試驗(yàn)中其他土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)稻米鎘、砷累積沒有顯著相關(guān)性。

2.3 不同生態(tài)區(qū)稻米鎘砷含量的GGE雙標(biāo)圖分析

GGE 雙標(biāo)圖分別解釋了環(huán)境（G）和環(huán)境基因互作（G×E）共同對(duì)稻米鎘99.91% 的影響和對(duì)稻米砷79.70% 的影響（圖5 和圖6）。不同水稻品種稻米鎘的適應(yīng)性和穩(wěn)定性雙標(biāo)圖分析表明，S1和S2試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)不同品種稻米鎘積累具有較強(qiáng)的區(qū)分能力，且遠(yuǎn)高于其他4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；V2和V1則分別是S1和S2環(huán)境中稻米鎘含量最高的品種，V9和V8則分別是S1和S2環(huán)境中稻米鎘含量最低的品種（圖5）。S3～S6區(qū)分能力弱，表明該4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不適合于水稻品種的稻米鎘累積性能的鑒定。結(jié)合平均環(huán)境軸看，V1、V2、V3和V4 等4 個(gè)品種的平均稻米鎘含量較高，V5、V6、V7、V8和V9等5個(gè)品種的平均稻米鎘含量較低，但V9和V6保持稻米低鎘含量的穩(wěn)定性較差?？梢?，S1和S2試驗(yàn)點(diǎn)可有效進(jìn)行水稻鎘低積累品種的篩選，并篩選出V5、V8和V7 3個(gè)穩(wěn)定的鎘低積累水稻品種。

不同品種稻米砷的適應(yīng)性和穩(wěn)定性雙標(biāo)圖分析表明，S2和S6對(duì)水稻稻米砷的積累具有較強(qiáng)的區(qū)分能力，S1、S3、S4、S5區(qū)分能力相當(dāng)，且V7和V8分別是S2 和S6 環(huán)境中稻米砷含量最高的品種（圖6）。S1、S2、S3、S5等4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)品種的排序相似，代表性也較強(qiáng)；S4和S6試驗(yàn)點(diǎn)的代表性相對(duì)較弱，可以淘汰不穩(wěn)定的品種。結(jié)合平均環(huán)境軸看，V4、V1、V3、V5、V2和V9等6個(gè)品種的平均稻米砷含量較低，且表現(xiàn)較為穩(wěn)定；而V7和V8的稻米砷平均含量較高，且穩(wěn)定性較差?？梢?，S1、S2、S3和S5試驗(yàn)點(diǎn)皆可有效進(jìn)行水稻砷低積累品種的篩選，尤其S2試驗(yàn)點(diǎn)具有較高的區(qū)分能力和代表性，而V4、V1、V3、V5、V2和V9等6個(gè)品種具有較低的稻米砷累積性能且表現(xiàn)也較為穩(wěn)定。

2.4 稻米產(chǎn)量

稻米產(chǎn)量在不同試驗(yàn)位點(diǎn)中和稻米鎘含量沒有顯著相關(guān)性，但在所有位點(diǎn)環(huán)境中呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)（Plt;0.05，表3）。稻米產(chǎn)量在一些位點(diǎn)中和稻米砷含量呈現(xiàn)顯著和極顯著負(fù)相關(guān)性（S1，Plt;0.05；S6，Plt;0.01），但在所有位點(diǎn)的樣品中卻沒有顯著相關(guān)性。

根據(jù)供試品種的產(chǎn)量分?jǐn)?shù)（圖7），對(duì)GGE雙標(biāo)圖選擇的較穩(wěn)定的鎘、砷低累積品種進(jìn)一步評(píng)估，產(chǎn)量較低的品種被排除，因?yàn)樗鼈兊牡彤a(chǎn)量可能會(huì)阻礙它們未來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用?；谶@一標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)選出了產(chǎn)能高于平均的1個(gè)低鎘品種（V7）和3個(gè)低砷品種（V1，V9和V4）。為了實(shí)現(xiàn)鎘、砷共污染土壤中稻米安全生產(chǎn)，產(chǎn)能相對(duì)較低的V5品種由于具有鎘和砷同步低吸收能力，可作為應(yīng)急性品種種植。未來還需進(jìn)一步擴(kuò)大品種篩選范圍，以篩選出鎘、砷同步低累積且稻米產(chǎn)量較高的品種進(jìn)行推廣應(yīng)用。

3 討論

稻米鎘、砷累積受品種、環(huán)境以及品種×環(huán)境交互作用的影響[7，10]，Chi等[7]的研究表明環(huán)境對(duì)稻米鎘、砷含量的影響占稻米鎘、砷差異來源的87%。本試驗(yàn)在湖南南部和西北部兩個(gè)不同的小氣候區(qū)各選擇了3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)9個(gè)水稻品種的鎘、砷累積性能進(jìn)行篩選鑒定，試驗(yàn)結(jié)果表明稻米鎘、砷含量皆主要受環(huán)境條件的制約，其貢獻(xiàn)率分別達(dá)83.46%和56.56%，其次是受品種以及品種和環(huán)境互作的影響。本試驗(yàn)中，稻米鎘含量在不同試驗(yàn)點(diǎn)間的變異極大，平均稻米鎘含量最高的試驗(yàn)點(diǎn)（S1：0.63 mg·kg^-1）是最低試驗(yàn)點(diǎn)（S6：0.06 mg·kg^-1）的10.5倍；而稻米砷含量地點(diǎn)間的變異相對(duì)要小，平均稻米砷含量最高的試驗(yàn)點(diǎn)（S2：0.20 mg·kg^-1）是最低試驗(yàn)點(diǎn)（S5：0.09 mg·kg^-1）的2.2倍。Duan等[8]報(bào)道我國華南地區(qū)的471個(gè)當(dāng)?shù)刂髟运酒贩N稻米鎘和砷含量差異分別達(dá)32倍和4.0倍?？梢姡久讓?duì)鎘的吸收積累受環(huán)境的影響比砷更敏感。

盡管環(huán)境作用更大，本試驗(yàn)研究的差異性分析和GGE雙標(biāo)圖分析結(jié)果仍表明，稻米鎘、砷的累積是環(huán)境×基因交互作用的綜合結(jié)果。水稻對(duì)鎘、砷的吸收積累既受土壤鎘、砷有效性的影響，也受水稻對(duì)鎘、砷吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及分配的調(diào)控。尤其是在干濕交替頻繁的稻田土壤中，土壤鎘、砷總量，pH影響了土壤中鎘、砷形態(tài)及生物有效性[14-16]。不同水稻品種由于根際環(huán)境中金屬有效性差異[17]、根細(xì)胞質(zhì)膜中鎘、砷吸收相關(guān)基因的表達(dá)[18]、根到莖的木質(zhì)部裝載運(yùn)輸有關(guān)的基因表達(dá)差異[19]等因素對(duì)鎘、砷的累積能力存在極大的差異?？梢?，由于水稻對(duì)鎘、砷的吸收積累受環(huán)境與水稻基因型的共同調(diào)控，通過多點(diǎn)多年的田間試驗(yàn)篩選穩(wěn)定的鎘、砷低積累水稻品種顯得尤為重要，而借助相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法或模型工具對(duì)水稻品種的鎘、砷低積累效果及穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，獲得鎘、砷及鎘砷同步低積累的水稻品種用于指導(dǎo)中輕度重金屬污染稻田的安全利用意義重大。

GGE雙標(biāo)圖同時(shí)考慮了基因型效應(yīng)和基因與環(huán)境互作效應(yīng)，目前主要用于水稻[20]、玉米[21]、油菜[22]等品種的豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定性及適應(yīng)性評(píng)價(jià)，很少用于對(duì)作物重金屬的吸收積累能力及其穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。柳賽花等[10]通過GGE雙標(biāo)圖和BLUP分析篩選出了鎘、砷同步低累積水稻品種。本試驗(yàn)則通過GGE雙標(biāo)圖和產(chǎn)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)綜合評(píng)價(jià)了6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的區(qū)分性能和代表性，S1和S2兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)不同品種稻米鎘積累具有較強(qiáng)的區(qū)分能力，S1、S2、S3和S5試驗(yàn)點(diǎn)皆可有效進(jìn)行砷低積累水稻品種的篩選；分析了9個(gè)品種的鎘、砷低積累性能和穩(wěn)產(chǎn)性，篩選出在不同環(huán)境中表現(xiàn)較為穩(wěn)定的低鎘累積水稻品種（V5、V7和V8）和低砷累積品種（V1、V2、V3、V4、V5 和V9），其中V5 為鎘、砷同步低累積品種；同時(shí)，結(jié)合質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其產(chǎn)量性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，篩選出產(chǎn)能較高的低砷累積品種V1、V4、V9和低鎘累積品種V7，而鎘、砷同步低累積品種V5由于產(chǎn)量潛力較低，不適合大面積推廣。

4 結(jié)論

（1）不同水稻品種的稻米鎘、砷含量在不同試驗(yàn)點(diǎn)間差異極大，環(huán)境對(duì)稻米鎘、砷吸收累積的影響均大于水稻自身基因型的作用。環(huán)境基因互作分別解析了稻米鎘含量99.91% 和稻米砷含量79.70% 的貢獻(xiàn)，其中環(huán)境對(duì)稻米鎘、砷含量的貢獻(xiàn)率分別達(dá)83.46%和56.56%。

（2）基于GGE雙標(biāo)圖和質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析，篩選出2個(gè)鎘低積累水稻品種篩選試驗(yàn)點(diǎn)：S1（永州祁陽市白水鎮(zhèn)）、S2（郴州臨武縣武水鎮(zhèn)），4個(gè)砷低積累水稻品種篩選試驗(yàn)點(diǎn)：S1（永州祁陽市白水鎮(zhèn)）、S2（郴州臨武縣武水鎮(zhèn)）、S3（郴州臨武縣南強(qiáng)鎮(zhèn)）、S6（湘西州花垣縣貓兒鄉(xiāng)）；篩選出了產(chǎn)能較高的低砷累積品種V1（隆兩優(yōu)華占）、V4（隆兩優(yōu)1988）、V9（Y兩優(yōu)9918）和低鎘累積品種V7（C兩優(yōu)87）。

（3）GGE雙標(biāo)圖與產(chǎn)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)合為鎘、砷低積累水稻品種篩選試驗(yàn)點(diǎn)的選擇、可推廣的穩(wěn)定鎘、砷低積累水稻品種篩選等方面提供了一種經(jīng)濟(jì)可行的新方法。