OsNRAMP5基因突變水稻品種在恩施地區(qū)的適應(yīng)性分析

摘 要 針對湖北省恩施部分區(qū)域土壤富硒但鎘含量超標(biāo)的問題，恩施土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院引進(jìn)了湖南雜交水稻中心培育的2個(gè)具有鎘低積累特性的OsNRAMP5基因突變水稻品種——蓮兩優(yōu)1號與韶香100，試種并研究其在富硒高鎘土壤背景下的降鎘效果及對恩施地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性。結(jié)果表明：蓮兩優(yōu)1號與韶香100均表現(xiàn)出對鎘的吸收能力顯著低于對硒的吸收能力，糙米鎘含量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量值0.2 mg·kg-1，且糙米硒含量達(dá)到了國家富硒稻谷標(biāo)準(zhǔn)（0.04～0.30 mg·kg-1）；與原始對照品種相比，蓮兩優(yōu)1號與韶香100的糙米硒含量及硒富集系數(shù)沒有明顯差異。在綜合性狀方面，蓮兩優(yōu)1號比韶香100在產(chǎn)量和抗性上更優(yōu)，但因蓮兩優(yōu)1號生育期較長，在恩施地區(qū)需進(jìn)一步開展試驗(yàn)明確其適宜種植的海拔范圍。

關(guān)鍵詞 水稻；OsNRAMP5基因突變；鎘低積累；富硒；湖北省恩施地區(qū)

中圖分類號：S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2025.01.018

恩施土家族苗族自治州位于湖北省西南邊陲，擁有“世界硒都”的美譽(yù)，境內(nèi)有豐富的天然富硒（Se）土地資源與多樣的富硒生物資源[1]，但近些年的地質(zhì)化學(xué)調(diào)查顯示，恩施部分區(qū)域表層土壤存在硒鎘（Cd）伴生的問題，即土壤富硒的同時(shí)鎘含量也超標(biāo)[2]。硒是一種稀有且人體必需的微量元素，但鎘卻是對人體有害的重金屬元素[3]。鑒于硒與鎘均可能經(jīng)由“土壤-農(nóng)作物-人體”這一食物鏈進(jìn)行累積傳遞，因地制宜篩選適合當(dāng)?shù)氐目傻臀真k并富硒的作物品種，是鎘污染土壤安全利用與協(xié)同硒資源開發(fā)的重要工作。

水稻是恩施地區(qū)種植的主要糧食作物之一。國內(nèi)關(guān)于鎘低積累水稻品種的研究主要集中在兩個(gè)方面：1）從已推廣的水稻品種中篩選鎘吸收能力相對較弱的品種，如王會來等從浙江麗水市已推廣種植的14個(gè)品種中通過3年試驗(yàn)篩選出甬優(yōu)538等3個(gè)籽粒鎘含量低的品種[4]；林小兵等基于產(chǎn)量與糙米鎘累積等指標(biāo)從江西新余市主推的22個(gè)品種中篩選出早稻品種陵兩優(yōu)47與晚稻品種甬優(yōu)4949作為高產(chǎn)低鎘品種[5]。2）對控制水稻根系吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)鎘的主效基因OsNRAMP5進(jìn)行敲除或誘變來創(chuàng)制具有顯著鎘低積累特性的品種，如裴峰等以南粳46為背景品種利用基因編輯技術(shù)對OsNRAMP5作基因敲除后篩選獲得了3個(gè)純合敲除系，通過盆栽試驗(yàn)明確3個(gè)株系在高濃度與低濃度鎘含量土壤中的籽粒鎘含量均顯著低于野生型南粳46[6]；湖南雜交水稻中心通過重離子誘變結(jié)合M1TDS技術(shù)培育出OsNRAMP5基因突變水稻品種蓮兩優(yōu)1號[7]與韶香100[8]，在多年多點(diǎn)試驗(yàn)中兩個(gè)品種均表現(xiàn)出穩(wěn)定的鎘低積累特性，已準(zhǔn)備在生產(chǎn)上大規(guī)模運(yùn)用。然而，所篩選或培育的鎘低積累品種并不一定具有較強(qiáng)的富硒能力。關(guān)浩然等[9]通過對王會來、徐穎菲篩選的低鎘積累品種進(jìn)行進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，只有中浙優(yōu)H7等少數(shù)品種屬于低鎘富硒品種；而裴峰等進(jìn)一步對低鎘純合敲除系施加外源硒發(fā)現(xiàn)，敲除系籽粒中的硒含量顯著低于對照。湖南雜交水稻中心培育的具有良好應(yīng)用前景的低鎘積累品種蓮兩優(yōu)1號與韶香100是否具有較強(qiáng)的富硒能力還未見相關(guān)報(bào)道。

為探究鎘低積累水稻品種的富硒能力是否有異于普通水稻品種，筆者團(tuán)隊(duì)于2022年引進(jìn)了湖南雜交水稻中心培育的OsNRAMP5突變水稻品種蓮兩優(yōu)1號和韶香100，在恩施州富硒高鎘區(qū)開展田間試驗(yàn)，考察其籽粒鎘、硒含量及富集系數(shù)是否與對照品種有明顯差異，并考察其產(chǎn)量、稻瘟病抗性等關(guān)鍵性狀指標(biāo)是否能滿足恩施本地水稻生產(chǎn)需求。

1 "材料與方法

1.1 "試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖北省恩施州二高山水稻種植區(qū)域，屬亞熱帶季風(fēng)性山地濕潤氣候，雨熱同季，年均溫13.4 ℃，年均日照時(shí)數(shù)1 200～1 350 h，年均降雨量1 118～1 900 mm。共設(shè)兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)點(diǎn)1位于恩施市新塘鄉(xiāng)，海拔1 024 m，土壤pH值0.77，總Cd含量0.770 mg·kg-1，總Se含量0.773 mg·kg-1；試驗(yàn)點(diǎn)2位于利川市汪營鎮(zhèn)，海拔1 104 m，土壤pH值0.67，總Cd含量0.672 mg·kg-1，總Se含量0.734 mg·kg-1。

1.2 "參試材料

參試品種6個(gè)，分別為蓮兩優(yōu)1號、韶香100，及其所改良的原始品種、本地對照品種。根據(jù)品種類型分為兩個(gè)組別（見表1）。

1.3 "試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用大區(qū)試驗(yàn)，不設(shè)重復(fù)。新塘點(diǎn)每個(gè)品種種植80 m2，小區(qū)長、寬為16、5 m；汪營點(diǎn)每個(gè)品種種植200 m2，小區(qū)長、寬為40、5 m。小區(qū)之間間隔0.5 m，田四周種植3行保護(hù)行。參試品種于4月16日在恩施州農(nóng)業(yè)科學(xué)院西河壩基地播種，5月12日移栽至汪營點(diǎn)，5月13日移栽至新塘點(diǎn)。栽植株行距為23.3 cm×20.0 cm，每穴插1苗。在栽培管理上，雜交稻與常規(guī)稻分別于抽穗揚(yáng)花期排去小區(qū)內(nèi)的水層，在田土干至發(fā)白時(shí)灌1次“跑馬水”，以創(chuàng)造水稻灌漿成熟時(shí)利于鎘積累的條件，其他田間管理按常規(guī)方式進(jìn)行。

1.4 "測定指標(biāo)

水稻籽粒硒、鎘含量：于每個(gè)品種成熟期按五點(diǎn)取樣法在小區(qū)內(nèi)取5個(gè)單株，曬干脫粒后委托湖北省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊(duì)檢測糙米總鎘、總硒含量。鎘檢測采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，硒檢測采用原子熒光光譜法。

主要經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量：記載各品種始穗期、齊穗期和成熟期；收獲前按梅花5點(diǎn)隨機(jī)取樣法取10株進(jìn)行考種，測量株高，考查穗總粒數(shù)、千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率等主要經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)；每個(gè)品種單獨(dú)人工收割，曬干后稱量各大區(qū)實(shí)收產(chǎn)量，再折算成每667 m2產(chǎn)量。

稻瘟病抗性鑒定：在恩施州水稻新品種區(qū)試抗病性鑒定點(diǎn)兩河病圃考察供試品種的稻瘟病抗性。參試品種與恩施州區(qū)試品種同期移栽至病圃，每個(gè)品種種植28株，葉瘟與穗瘟調(diào)查分級標(biāo)準(zhǔn)參照湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)作物品種區(qū)域試驗(yàn)抗病性鑒定操作規(guī)程》（DB42/T208—2001）。

米質(zhì)檢測：在利川試驗(yàn)點(diǎn)取蓮兩優(yōu)1號與韶香100兩個(gè)品種的成熟期稻谷樣品，曬干脫粒后送湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所檢測米質(zhì)。

1.5 "數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用WPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。稻米中鎘（硒）的富集系數(shù)=糙米鎘（硒）含量/土壤鎘（硒）含量。

2 "結(jié)果與分析

2.1 "參試品種糙米鎘、硒含量及富集系數(shù)比較

由表2可知，蓮兩優(yōu)1號與韶香100在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的鎘含量均低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）[10]規(guī)定的限量值0.20 mg·kg-1。蓮兩優(yōu)1號糙米鎘含量在新塘點(diǎn)和汪營點(diǎn)分別為0.037、0.067 mg·kg-1，較其原始品種臻兩優(yōu)8612分別降低了98.3%、61.5%；韶香100糙米的鎘含量在新塘點(diǎn)和汪營點(diǎn)分別為0.040、0.028 mg·kg-1，較其原始品系44-5分別降低了94.1%、83.7%，表明2個(gè)OsNRAMP5基因突變水稻品種的鎘吸收能力明顯下降。在對照品種中，雜交稻臻兩優(yōu)8612和泰優(yōu)98在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的糙米鎘含量均高于常規(guī)稻44-5和綜抗110，可能是本試驗(yàn)中雜交稻的生育期更長造成的。

6個(gè)參試品種在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的糙米硒含量均符合《富硒稻谷》（GB/T 22499—2008）[11]規(guī)定的富硒大米硒含量區(qū)間范圍0.04～0.30 mg·kg-1。在新塘點(diǎn)，參試品種糙米硒含量表現(xiàn)為蓮兩優(yōu)1號＞臻兩優(yōu)8612＞綜抗110＞韶香100＞44-5＞泰優(yōu)98；在汪營點(diǎn)，參試品種糙米硒含量表現(xiàn)為蓮兩優(yōu)1號＞臻兩優(yōu)8612＞綜抗110＞泰優(yōu)98＞44-5＞韶香100；蓮兩優(yōu)1號和韶香100與其原始對照品種間的糙米硒含量差異均小于其與組間本地對照品種的差異，表明OsNRAMP5基因突變水稻品種的硒吸收能力與原始品種間差異不明顯。

富集系數(shù)是衡量作物從土壤中吸收特定元素能力的重要指標(biāo)。本研究采用Cd/Se富集系數(shù)比值來衡量參試品種在不同土壤背景下對鎘的吸收能力是否強(qiáng)于對硒的富集能力。根據(jù)表3所示，蓮兩優(yōu)1號在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的Cd/Se富集系數(shù)比值分別為0.253、0.285，韶香100在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的比值則分別為0.458、0.456。2個(gè)OsNRAMP5基因突變水稻品種在鎘超標(biāo)的試驗(yàn)點(diǎn)中，均表現(xiàn)出對鎘富集能力明顯弱于對硒的富集能力。相比之下，4個(gè)對照品種在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的Cd/Se富集系數(shù)比值變化較大：雜交稻組中的臻兩優(yōu)8612和泰優(yōu)98在新塘點(diǎn)的Cd/Se富集系數(shù)比值分別為17.356、18.564，而在汪營點(diǎn)的比值則降至0.961、1.875；常規(guī)稻組中的44-5和綜抗110在新塘點(diǎn)的Cd/Se富集系數(shù)比值分別為8.406、8.181，而在汪營點(diǎn)的比值則降至2.740、0.917。

2.2 "參試品種主要經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量表現(xiàn)

兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均位于恩施海拔1 000 m以上的高山水稻種植區(qū)域。蓮兩優(yōu)1號和韶香100的全生育期分別比在國家鎘低積累水稻品種自主試驗(yàn)中延長了34.9、21.1 d。由表4可知，蓮兩優(yōu)1號的生育期為162.5 d，比本地對照品種泰優(yōu)98長10 d，差異較大。蓮兩優(yōu)1號在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)每667 m2平均產(chǎn)量為607.3 kg，與原始對照品種臻兩優(yōu)8612相比減產(chǎn)0.3%，與本地對照品種泰優(yōu)98相比減產(chǎn)2.9%。蓮兩優(yōu)1號與兩個(gè)對照品種間的產(chǎn)量差異不明顯。

常規(guī)稻品種韶香100的全生育期為135.5 d，比本地對照品種綜抗110短4 d；在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的平均667 m2產(chǎn)量為403.3 kg，與原始對照品種44-5相比增產(chǎn)3.2%，與本地對照品種綜抗110相比增產(chǎn)4.1%（見表4）。雖然韶香100與兩個(gè)對照品種間存在一定的產(chǎn)量差異，但未達(dá)到水稻品比試驗(yàn)中設(shè)定的±5%顯著水平。雜交稻組的整體產(chǎn)量優(yōu)于常規(guī)稻組，一方面由于雜交稻具有雜種優(yōu)勢，另一原因是兩組間的生育期差異較大。

2.3 "稻瘟病抗性表現(xiàn)

由表5可知，蓮兩優(yōu)1號、臻兩優(yōu)8612與本地對照品種泰優(yōu)98的抗性水平相當(dāng)，其穗瘟損失率級別均達(dá)到抗病水平；而韶香100與44-5的稻瘟病抗性劣于本地對照品種綜抗110，其穗瘟損失率均達(dá)到7級，為感病品種。

2.4 "鎘低積累品種稻米品質(zhì)表現(xiàn)

取汪營點(diǎn)的稻谷樣品送湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所檢測。按農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《食用稻品種品質(zhì)》（NY/T593—2021）評判，蓮兩優(yōu)1號的品質(zhì)為中粒型普通秈稻，而韶香100的品質(zhì)達(dá)到了長粒型二級優(yōu)質(zhì)秈稻等級（見表6），且韶香100具有香味。

3 "結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果顯示，OsNRAMP5基因突變水稻品種蓮兩優(yōu)1號和韶香100在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均表現(xiàn)出對鎘的吸收能力顯著低于對硒的吸收能力，其籽粒糙米中的鎘含量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量值0.2 mg·kg-1，而硒含量達(dá)到了國家富硒稻谷標(biāo)準(zhǔn)（0.04～0.30 mg·kg-1），表明OsNRAMP5基因突變水稻可作為富硒高鎘土壤條件下種植的低Cd富Se專用品種，但其可適應(yīng)的最大土壤Cd含量范圍還有待進(jìn)一步研究。

本研究使用Cd/Se富集系數(shù)比值來衡量水稻品種對土壤中鎘、硒吸收能力的強(qiáng)弱。前人研究認(rèn)為水稻是易吸收Cd的作物，而對硒的吸收能力一般，本研究中在土壤Cd/Se含量比值接近1的新塘點(diǎn)，4個(gè)對照品種糙米Cd/Se富集系數(shù)比值均大于1印證了這一觀點(diǎn)。但也有研究指出，水稻對土壤中硒、鎘等元素的吸收受多種因素影響，包括土壤有機(jī)質(zhì)、氧化還原條件、pH值和質(zhì)地等[12]，這可能也是本研究中對照品種在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)出現(xiàn)Cd/Se富集系數(shù)比值波動(dòng)較大的原因。

2個(gè)OsNRAMP5基因突變水稻品種在綜合性狀方面，蓮兩優(yōu)1號的產(chǎn)量和抗性較韶香100更優(yōu)，而韶香100的品質(zhì)則相對蓮兩優(yōu)1號更佳。由于恩施州是稻瘟病的常發(fā)區(qū)和重發(fā)區(qū)，不宜種植感稻瘟病的水稻品種，因而，本研究認(rèn)為蓮兩優(yōu)1號更適宜恩施本地種植。目前，蓮兩優(yōu)1號已作為低鎘型臻兩優(yōu)8612在湖南省推廣種植，但由于其品種審定的適宜種植范圍不包括恩施及其所屬的武陵山區(qū)，因而在恩施地區(qū)推廣種植蓮兩優(yōu)1號還需要參加本區(qū)域的水稻品種區(qū)試。此外，因蓮兩優(yōu)1號生育期相對較長，后續(xù)應(yīng)通過試驗(yàn)明確其在恩施地區(qū)適宜種植的海拔范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱云芬，李衛(wèi)東，向極釬，等.恩施州硒產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（23）：5894-5897.

[2] 唐世琪，萬能，曾明中，等.恩施地區(qū)土壤與農(nóng)作物硒鎘地球化學(xué)特征[J].物探與化探，2020，44（3）：607-614.

[3] 杜麗娜，余若禎，王海燕，等.重金屬鎘污染及其毒性研究進(jìn)展[J].環(huán)境與健康雜志，2013，30（2）：167-174.

[4] 王會來，陳麗芬，李賽慧，等.鎘輕度污染農(nóng)田的水稻品種篩選 [J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2022， 63（8） ： 1657-1660.

[5] 林小兵，張鴻燕，張秋梅，等.基于多指標(biāo)的鎘低積累水稻品種篩選[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2023，35（11）：2507-2515.

[6] 裴峰，王廣達(dá)，高鵬，等.敲除OsNramp5基因創(chuàng)制低鎘優(yōu)質(zhì)粳稻新材料的應(yīng)用評價(jià)[J].中國水稻科學(xué)，2023，37（1）：16-28.

[7] 毛畢剛，韶也，唐麗，等.OsNRAMP5基因突變低鎘型臻兩優(yōu)8612的試驗(yàn)示范及關(guān)鍵栽培技術(shù)[J].雜交水稻，2023，38（2）：116-123.

[8] 李進(jìn)，韶也，尹合興，等.鎘低積累優(yōu)質(zhì)常規(guī)稻韶香100的培育及試驗(yàn)示范[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2024，25（11）：1996-2004.

[9] 關(guān)浩然，張恒磊，丁利群，等.低鎘富硒水稻品種的篩選[J].環(huán)境污染與防治，2024，46（3）：356-359.

[10] 中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會，國家食品藥品監(jiān)督管理總局. 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量：GB 2762—2017 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[11] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.富硒稻谷：GB/T 22499—2008 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[12] 孫星，易瓊，唐拴虎，等.水稻硒營養(yǎng)研究進(jìn)展[J].土壤通報(bào)，2023，54（1）：223-231.

（責(zé)任編輯：易 "婧）