水稻品种镉积累特征及相关性研究

陈院华，李建国，杨 涛，谢 杰，魏林根，吕贵芬*，陈文姬

(1.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室，江西 南昌 330200； 2.江西省环境保护科学研究院，江西 南昌 330077)

水稻品种镉积累特征及相关性研究

陈院华1，李建国1，杨 涛1，谢 杰1，魏林根1，吕贵芬1*，陈文姬2

(1.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室，江西 南昌 330200； 2.江西省环境保护科学研究院，江西 南昌 330077)

选取22个早稻和15个晚稻品种进行大田试验，研究了不同水稻品种对Cd的积累特征及相关性。结果表明：成熟期水稻不同部位Cd积累量大小依次为根系>茎叶>稻壳>糙米，Cd主要集中在水稻的根部。水稻糙米Cd含量与稻壳的Cd含量相关性不显著，与根系、茎叶中的Cd含量相关性可能与水稻生长环境因素有关。与早稻相比，晚稻对环境Cd具有更强的吸收积累能力，且晚稻所有供试品种的糙米Cd含量均超过食品安全国家标准。

水稻；镉；积累；特征；相关性

随着我国工业化进程的加速和社会经济的发展,重金属污染问题日趋严峻,水稻生产受重金属镉污染的影响也日益加剧,严重威胁着粮食生产和食品安全。研究表明，水稻具有大量吸镉的特性，有时生长并未受到影响，但糙米的含镉量却已超过卫生标准数倍，甚至10多倍[1]。

目前，国内外在Cd污染对水稻生长的影响、不同水稻品种对Cd的吸收与分配的差异、Cd的积累差异和机理研究等方面进行了较多的研究[2-16]，但大多数研究结果都是在条件相对稳定的盆栽试验中获得，而在大田环境下探讨水稻品种镉积累特征及相关性研究较少。本研究在江西省贵溪市某Cd污染区开展大田试验，探讨了22个早稻和15个晚稻品种对Cd的积累及相关性研究，为筛选Cd污染农田安全水稻品种提供理论依据，为促进农业生产可持续发展和保障粮食安全生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验点位于江西省贵溪市某Cd污染区，土壤的基本理化性质见表1，具体测定方法参见土壤农业化学分析方法[17]。

表1 土壤基本理化性质

注：CNEQS为国家土壤环境质量标准(GB 15618─1995)。

土壤中Cd的全量测定采用盐酸-硝酸-高氯酸消解法，测定值为0.41 mg/kg，是国家土壤环境质量标准(GB 15618─1995)[18](0.30 mg/kg)(pH<6.5)的1.37倍。选用37个水稻品种进行试验(表2)，其中：早稻品种22个，晚稻品种15个，部分为市场购买，部分为江西省农业科学院水稻研究所提供。

表2 供试水稻品种

1.2 试验设计

根据收集的水稻品种，进行早稻和晚稻大田的种植，种植密度为13.33 cm×23.33 cm，田间栽培管理按大田常规措施进行。供试早稻品种于2016年3月25日播种，4月27日进行水稻移栽，于2016年7月20日进行成熟期收割采样；供试晚稻品种于2016年6月25日播种，7月27日进行水稻移栽，10月28日进行成熟期收割采样。

每个水稻品种小区面积约20 m2(5 m×4 m)，每个处理采用随机区组排列，每个处理四周均种植行与本样方内水稻品种相同的水稻作为保护行。

1.3 植物样品分析

将采集的水稻样品，先用自来水小心洗净根系泥土，然后用超纯水清洗整个植株，用吸水纸吸干表面水分，将植株根系、茎叶分离，105 ℃杀青20 min，70 ℃烘至恒重，粉碎后过100目筛。稻谷样品风干，然后按农业部颁布标准(NY/T 83─1988)[19]米质测定方法出糙，将分离开的糙米和稻壳在70 ℃烘至恒重，磨碎过100目筛。样品称重0.3000～0.5000 g，加10 mL硝酸-高氯酸混合液(9+1)消解，超纯水定容，用原子吸收光谱仪-石墨炉法(PinAAcle900T)测定溶液中Cd的含量，以国家标准物质GBW 07603(GSV-2)进行质量控制。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 16.0统计分析软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 水稻不同部位Cd的分布积累

水稻不同部位Cd的分布积累情况见表3，由表3可知，成熟期37个水稻品种根系的Cd含量均显著高于其他部位，表明水稻根系有较强的镉吸附能力，且Cd主要集中在水稻的根部，这与唐非等[16]试验结论一致。

水稻不同部位积累Cd的大小依次为根系>茎叶>稻壳>糙米，而且不同的品种间含量存在一定的差异，特别是在早稻和晚稻2个品种类型之间差异更加明显。早稻品种成熟期根系、茎叶、稻壳、糙米中Cd含量分别为0.77～2.75、0.57～1.57、0.36～0.87、0.04～0.07 mg/kg。晚稻品种成熟期的根系、茎叶、稻壳、糙米中Cd含量分别为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种，根系及茎叶中Cd累积量差异较大，稻壳中Cd含量差异不大，但糙米中Cd含量在早稻和晚稻2个类型品种之间差异较明显，而早稻品种之间和晚到品种之间差异不大。供试早稻品种糙米Cd含量全部低于《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762─2012)标准规定的0.2 mg/kg，而供试的晚稻品种糙米Cd含量全部超出《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(GB 2762─2012)标准规定的0.2 mg/kg，具体见图1和图2。这些研究数据表明，水稻生长过程中对Cd的吸收及运输分布积累，除受水稻基因类型控制之外，外界生长环境对水稻根系吸附Cd及在植株体内运输积累有较大影响[19-20]。

从水稻植株各部位Cd的分布积累量来看，水稻吸收的Cd分配到糙米中的比例较低，糙米中Cd的含量仅为水稻植株Cd总量的0.83%～7.67%。综合22种早稻品种和15种晚稻品种来看，水稻糙米、稻壳、茎叶、根系Cd含量之间差异显著(P=0.000<0.05)，且不同品种之间也存在一定的差异。说明水稻体内的阻控机制能够有效调控根系和叶片中Cd向籽粒内的转运，这与文志琦等[21]研究结果一致。

表3 成熟时期水稻不同部位对Cd的积累

图1 不同早稻品种糙米Cd含量

2.2 糙米与水稻其他部位Cd含量的相关性分析

通过对水稻糙米中Cd含量与其他部位中Cd含量相关性分析结果见图3～图5中的线性方程。

图2 不同晚稻品种糙米Cd含量

综合22个早稻和15个晚稻品种进行分析(图3)，水稻糙米Cd含量与茎叶、根系的Cd含量间都达到极显著正相关，P值分别为0.0000、0.0000(P<0.01)，与稻壳的Cd含量相关性不显著，P值为0.2079(P>0.05)。说明水稻在生长过程中，通过根系吸收的Cd能通过茎叶传输到水稻籽粒中，随着根系中Cd含量的增加，茎叶中和籽粒中Cd的含量也明显增加，但增加的数量因品种而异。根系吸收的Cd通过茎叶传输到稻壳中的Cd含量与根系中Cd含量相关性不大，P值为0.2079(P>0.05)，可能稻壳生长过程中对Cd的积累有一定的饱和或阻隔机制。

但是分别从22个早稻品种和15个晚稻品种来看(图4和图5)，早稻糙米Cd含量与其根系、茎叶、稻壳中的Cd含量无相关性，P值分别为0.7736、0.1130、0.5695(P>0.05)，晚稻糙米Cd含量与其根系、茎叶、稻壳中的Cd含量也无相关性，P值分别为0.6732、0.4924、0.0789(P>0.05)。这说明水稻生长环境能够影响水稻根系吸收的Cd向籽粒转移。

图3 糙米与22个早稻和15个晚稻不同部位Cd含量的线性关系

图4 糙米与22个早稻不同部位Cd含量的线性关系

3 结论

(1)水稻的不同部位对Cd的吸收和积累存在差异，大小依次为根系>茎叶>稻壳>糙米，Cd主要集中在水稻的根部。水稻糙米Cd含量与稻壳的Cd含量相关性不显著，与根系、茎叶中的Cd含量相关性可能与水稻生长环境因素有关。

图5 糙米与15个晚稻不同部位Cd含量的线性关系

(2)与早稻相比，晚稻对环境Cd具有更强的吸收积累能力，且晚稻所有品种的糙米Cd含量均超过食品安全国家标准。

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(责任编辑：曾小军)

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

江西省重点研发计划项目“江西重金属中轻度污染农田稻米绿色高效生产技术研究”(20161ACF60023)；江西省农业科学 院创新基金资质项目“江西省重金属中轻度污染稻田重金属原位钝化技术研究”(2016CQN009)；江西省科研院所基础设 施配套项目(20151BBA13033)；江西省科技支撑项目(20151BBF60033)；江西省农科院青年基金项目(2014CQN006)。

陈院华(1981─)，男，江西修水人，助理研究员，主要从事农业环境修复研究。*通讯作者：吕贵芬。

S511

A

1001-8581(2017)09-0010-05