外源Se元素对Cd污染下水稻子粒Cd含量及富硒能力的影响

吴娟 郭振

摘要：在水稻生育期施用外源Se肥，探索水稻在重金属Cd污染下外源Se元素对水稻子粒Cd的累积效应。结果表明，在Cd污染环境中，外源Se能够降低Cd在水稻子粒中的累积量。

关键词：水稻（Oryza sativa L. ）;外源Se;Cd污染;子粒Cd含量

中图分类号：S511         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）17-0043-03

Abstract： Exogenous Se fertilizer was applied during the growth of rice to explore the accumulation effect of exogenous Se on Cd in rice grain under heavy metal Cd pollution. The results showed that in the Cd pollution environment， exogenous Se could decrease the accumulation of Cd in rice grains.

Key words： rice （Oryza sativa L.）; exogenous Se; Cd pollution; the content of Cd in grain

Se作为人体的有益元素，近年来在抑制水稻重金属累积方面的作用受到了越来越多的关注[1，2]。研究表明，外源Se肥可以提高水稻对Cd胁迫环境的拮抗能力，降低Cd在稻米中的累积。梁程等[3]发现，Se能够缓解Cd对水稻幼苗的毒害作用。庞晓辰等[4]研究表明，Se能够显著降低水稻对Cd的吸收和转运。于淑慧等[5]研究发现，外源Se能够有效降低Cd的转移系数，抑制水稻地上部分Cd的累积。因此，通过增加外源Se营养，不仅能够降低水稻对重金属的吸收积累，同时还可以提高稻米富硒水平，既满足了富硒稻米的生产需求，又为土壤重金属污染治理提供新的思路。本研究通过在水稻生育期喷施Se肥，比较水稻子粒Cd含量的变化，探索重金属Cd污染下，外源Se肥对水稻子粒Cd的积累效应，为水稻重金属污染和富硒稻米的生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 試验材料

所用水稻品种有宁粳3号和皖稻129，由安庆市农业科学研究所提供。

所用试剂有CdCl2、Na2SeO3、HNO3、HClO4和无水乙醇，以上试剂均为分析纯。所用仪器有TAS-990型原子吸收分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司;GHG-9140A型电热鼓风干燥箱，苏州格瑞达电子设备有限公司;GZP-250N型光照培养箱，上海森信实验仪器有限公司。

1.2 试验设计

试验采用盆栽方法，设3个土壤Cd污染浓度，分别为0.5、5.0、50.0 mg/L;6个外源Se浓度（为Na2SeO3浓度，全文同），处理浓度分别为0（CK）、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mg/L。

试验选用饱满水稻种子，去离子水浸种48 h后，催芽24 h，萌发后播于装有石英砂的盆中育苗。1周后选取健壮、均一的秧苗移植于塑料盆中，每盆3穴水稻，每穴2株。10 d后用含CdCl2的溶液100 mL喷施水稻根部，30 d后再喷施100 mL;Na2SeO3溶液1.5 L分3次叶面喷施，第一次于CdCl2溶液喷施后1 d，喷施500 mL，以后每间隔1个月喷施1次，每次500 mL，累计喷施3次。

1.3 试验方法

将成熟期的水稻子粒单株分别取样，80 ℃下烘干至恒重。除去稻壳，糙米粉碎备用。样品过100目筛，称取100 g米粉，用HNO3-HClO4混合酸进行消解，并转入500 mL容量瓶中，去离子水定容，摇匀，待测。用原子吸收分光光度法测定米粉中Cd和Se的含量[6]。试验重复3次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 低度Cd污染下喷施Se肥对水稻子粒Cd含量的影响

由图1可知，低度（0.5 mg/L） Cd污染下，水稻生育期喷施Se肥能有效抑制Cd在水稻子粒中的累积。随着喷施Se浓度的增加，水稻子粒中Cd含量逐渐降低，表明低浓度Cd污染下，一定浓度的Se可以抵消Cd污染效应。

2.2 中度Cd污染下喷施Se肥对水稻子粒Cd含量的影响

由图2可知，中度（5.0 mg/L）Cd污染下，在无外源Se作用下，水稻子粒中重金属Cd含量明显增加，较0.5 mg/L Cd污染下增加20倍以上。由此可见，重金属Cd的污染对稻米品质影响较大。通过外源Se肥作用，水稻品种宁粳3号子粒中Cd含量明显减少，且随着Se浓度增加，子粒Cd含量逐渐下降。皖稻129在外源Se肥作用下，子粒Cd含量下降不明显。

2.3 重度Cd污染下喷施Se肥对水稻子粒Cd含量的影响

由图3可知，重度（50.0 mg/L）Cd污染下，喷施Se肥对水稻子粒Cd累积具有一定缓解作用，但并不能消除Cd在水稻子粒中的聚集。

2.4 Cd污染下喷施Se肥对水稻子粒Se含量的影响

喷施Se肥对水稻子粒Se积累具有一定助益。由图4和图5可以看出，随着喷施Se浓度的增加，无Cd污染下水稻子粒Se含量增加速度要比低度污染下增加的快。水稻子粒Se含量增加到一定数值时，再提高Se的浓度，水稻子粒中Se含量增加的速度变缓。

3 讨论

试验结果表明，在Cd污染环境中，喷施Se肥可以降低水稻子粒Cd含量，喷施Se肥浓度越高，水稻子粒Cd含量降低的效果越好。这可能是因为Se元素对重金属Cd具有拮抗作用，降低了Cd在水稻子粒中的聚集。这与前人的研究结果[7，8]基本一致。李虹颖等[9]研究结果显示，随着Se肥浓度的增加，水稻各营养器官、糙米及精米的Cd含量和Cd积累量均显著下降，即Se能够通过调整Cd在水稻不同器官中的分配比例，降低稻米中的Cd含量，说明Se元素对Cd毒害具有抑制作用。

不同基因型水稻聚集Cd的能力是不同的。Akimasa等[10]研究发现，种植不含Nramp5基因的水稻可以有效地解决水稻中Cd2+富集的问题。郭小蛟等[11]发现水稻染色体组存在3个糙米Cd2+含量QTL位点。本研究中，Se对重金属Cd的拮抗作用在皖稻129和宁粳3号2个品种间存在差异，这可能与水稻品种基因型有关。

随着工业“三废”的排放及含有重金属的农药、化肥的不合理使用，使得稻米产区土壤环境日益恶化。因此，可以筛选利用不同水稻品种加上配套的栽培措施来抑制水稻对Cd的吸收，以提高稻米的产量和品质。

参考文献：

[1] WANG F J， WANG M， LIU Z P， et al. Different responses of low grain-Cd-accumulating and high grain-Cd-accumulating rice cultivars to Cd stress[J]. Plant physiology and biochemistry， 2015， 96（1）：261-269.

[2] KE S， CHENG X Y， ZHANG N， et al. Cadmium contamination of rice from various polluted areasof China and its potential risks to human health[J]. Environmental monitoring and assessment，2015，187（7）：1-11.

[3] 梁 程， 林匡飛， 张 雯， 等.  不同浓度硫处理下硒镉交互胁迫对水稻幼苗的生理特性影响[J]. 农业环境科学学报， 2012， 31（5）：857-866.

[4] 庞晓辰， 王 辉， 吴泽嬴， 等.  硒对水稻镉毒性的影响及其机制的研究[J].  农业环境科学学报， 2014， 33（9）：1679-1685.

[5] 于淑慧， 周鑫斌， 王文华， 等.  硒对水稻幼苗吸收镉的影响[J].  西南大学学报（自然科学版）， 2013， 35 （9）：17-22.

[6] 鲁如坤.  土壤农业化学分析方法[M].  北京：中国农业科学技术出版社，2000.

[7] 杨定清， 李 霞， 周 娅， 等.  影响水稻吸收镉的环境因子分析[J].  西南农业学报， 2016， 29（10）：2496-2500.

[8] 徐向华， 刘传平， 唐新莲， 等.  叶面喷施硒硅复合溶胶抑制水稻砷积累效应研究[J].  生态环境学报， 2014， 23（6）：1064-1069.

[9] 李虹颖， 唐 杉， 王允青， 等.  硒对水稻镉含量及其在亚细胞中的分布的影响[J].  生态环境学报， 2016， 25（2）：320-326.

[10] AKIMASA S，NAOKI Y，KENGO Y，et al. Nramp5 is a major transporter responsible for manganese and cadmium uptake in rice[J]. Plant cell，2012，24（5）：2155-2167.

[11] 郭小蛟，杨 莉，曹应江，等. 水稻糙米重金属镉（Cd2+）含量的QTL定位分析[J]. 四川农业科技，2017（1）：57-60.