鎘低積累農作物篩選研究進展

摘 " 要 " 不同農作物對重金屬鎘的吸收和積累存在差異，甚至同一作物不同品種間對重金屬鎘的吸收和積累也有很大差異，因此，可通過選擇種植可食部位低積累鎘的農作物，有效降低鎘進入食物鏈中，這是鎘污染土壤持續安全生產農作物的一條經濟、有效的途徑。概述中國鎘低積累農作物研究現狀，總結了鎘低積累農作物篩選標準，為輕中度耕地土壤進行鎘低積累農作物篩選提供理論依據。

關鍵詞 "鎘;低積累;農作物;篩選;標準

中圖分類號：X17;S5 " 文獻標志碼：C " 文章編號：1673-890X（2015）25-058-03

知網出版網址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20150930.2333.046.html 網絡出版時間：2015/9/30 23：33：00

鎘（Cd）是自然界中毒性最大的重金屬元素之一，也是重點監控與污染物排放量控制的5種重金屬之一[1]。因其遷移性強、毒性大、極易被植物吸收和積累[2]，通過食物鏈最終富集在人體內，引起慢性重金屬中毒，嚴重危害人類健康[3]。因此，如何有效降低農作物可食用部分重金屬鎘的含量，日益受到人們的關注。

1 " 我國耕地土壤鎘污染現狀

近年來，我國耕地土壤鎘污染狀況日益嚴重，根據環境保護部最新公布的《全國土壤污染狀況調查公報》[4]表明，在我國耕地重金屬污染因子中，鎘污染超標率位居第一，受鎘污染的耕地面積超過20萬hm2，每年生產的鎘含量超標農產品達15萬t。隨著我國經濟的迅速發展，對礦產資源的大量開發，濫用農藥化肥，城市污水污泥農用，導致環境中鎘污染日益嚴重。從近年來發表的相關調查報告來看，全國各地都普遍存在不同程度的鎘污染問題。宋春然[5]等對貴州省農業土壤調查結果顯示，全省有36.79%的地區鎘超標，且Cd單因子污染指數為4.05，屬于鎘的重度污染區。黎勇[6]等對廣西的29個縣的580塊農田土壤進行為期2年的動態監測，結果表明，Cd的平均含量達0.86 mg/kg，鎘的點位超標率為49.94%，污染普遍嚴重。部分研究者對農作物可食用部分的檢測過程中均發現鎘超標現象[7-8]。

2 " 篩選鎘低積累農作物的必要性

如何有效降低農作物體內的重金屬鎘含量，傳統方法是通過物理沉降法、化學調控法來降低農田土壤中重金屬含量，雖有些修復效果顯著，但存在很多的問題，如工程量大、成本高而且容易造成2次污染，而生物修復作為一種環境友好型修復方法，具有廣泛的應用前景，但也存在局限性，如修復周期長、效果緩慢[9]。相對于以上修復方法而言，目前被國內外研究者普遍認為切實可行的方法是選育鎘低積累品種來降低農作物對重金屬的吸收和積累，從而降低農作物體內的重金屬鎘含量。因為我國農田土壤受重金屬鎘污染的范圍較廣，且人多地少，不可能將大面積的鎘中輕度污染農田休耕或污染修復，而在這些農田上收獲的農作物可食部分鎘含量超過國家食品衛生標準的幾倍甚至幾十倍，威脅人體健康。因此，篩選鎘低積累農作物品種來降低食物鏈中重金屬鎘的富集更具必要性和可行性，主要原因在于以下幾方面：

（1）自然界中作物種類繁多，而且每種作物有很多基因型或栽培變種，由于篩選鎘低積累品種的程序簡單易行，得到的鎘低積累品種可直接在當地推廣應用，相對于轉基因品種更安全環保，為篩選鎘低積累品種提供了可行性[10]。

（2）大量研究表明，不同的農作物對重金屬鎘的吸收和積累有很大差異，甚至同一作物不同品種間對重金屬鎘的吸收和積累也有很大差異，即基因型差異[11-13]。這為選育鎘低積累品種提供了理論依據。

（3）近年來，許多研究者已在多種作物上開展了低積累品種的篩選研究，獲得了很多成效，如水稻[14]、油菜[15]、番茄[16]等篩選出了重金屬低積累品種，積累了許多數據，為開展重金屬鎘低積累農作物篩選奠定了基礎。

3 " 鎘低積累農作物篩選標準

目前關于重金屬低積累作物還沒有明確定義，大多數研究者[10，12，17]認為通過種植重金屬低積累作物來降低農作物的重金屬吸收和積累，且可供食用的部位重金屬含量低于國家食品衛生標準，以滿足安全食用。劉維濤[10，18]等認為鎘低積累品種的篩選標準至少應具備以下特征：

（1） 篩選的低積累農作物地上部和根部重金屬鎘含量均很低，或者可供食用的部位重金屬鎘含量低于國家食品衛生標準;

（2） 篩選的低積累農作物對重金屬鎘的累積量小于土壤中重金屬鎘的濃度，即富集系數<1;

（3） 篩選的低積累農作物從其他部位向可食部位轉運重金屬鎘能力較差，即轉運系數<1，即該農作物吸收的重金屬鎘主要累積在根部，向地上部轉運較少;

（4） 篩選的低積累農作物對鎘毒害具有較高的耐受性，在鎘高污染土壤下能夠正常生長，且生物量無顯著下降。

該標準對今后鎘低積累作物篩選具有一定指導意義，但尚需進一步的研究工作加以完善和細化。

4 " 鎘低積累農作物篩選現狀及展望

為了保障農產品的安全生產和人類健康，篩選鎘低積累農作物品種已成為國內外研究熱點。目前，已篩選出的鎘低積累作物有硬粒小麥[19]、水稻[20]、大白菜[11]、玉米[21]、番茄[22]、花生[23]等。20世紀90代初，加拿大就開始了對硬粒小麥Cd低積累品種的篩選，通過與其他國家引進的小麥基因型對比研究，發現基因型間Cd積累存在顯著差異[19]，并用于實際生產。硬粒小麥遺傳學研究表明，硬粒小麥Cd低積累的性狀是由單基因控制，并且這一性狀具有較高的遺傳性，這為Cd低積累基因型的選育奠定了基礎[24-25]。目前國內外對鎘低積累農作物的篩選主要集中在水稻。吳啟堂[26]曾報道過不同水稻品種間鎘積累存在顯著差異，差異可達1倍以上，這為選育鎘低積累的水稻品種奠定基礎。蔣彬等[27]通過大田試驗對國內不同地區的239份水稻稻米中Cd含量進行了分析，也證明不同基因型稻米中Cd含量差異極顯著。隨著研究的深入，一些關于水稻稻米鎘低積累的相關基因開始被報道，如研究表明金屬轉運蛋白在水稻對重金屬的耐性和積累中起著重要作用[28]。劉維濤等[11]篩選出的鎘低積累大白菜品種豐源3號在盆栽試驗中對Cd富集能力最差且耐性較強，在田間試驗時，生產的大白菜也符合農產品安全質量無公害蔬菜安全要求（GB18406.1-2001）。

參考文獻：

[1] 易澤夫，余杏，吳景.鎘污染土壤修復技術研究進展[J].現代農業科技，2014，（9）：251-253.

[2] 徐應星，李軍.硅和磷配合施入對鎘污染土壤的修復改良[J].生態環境學報，2010，19（2）：340-343.

[3] 肖青青，王宏鑌，趙賓.云南個舊市郊農作物重金屬污染現狀及健康風險[J].農業環境科學學報，2011，30（2）：271-281.

[4] 環境保護部，國土資源部.全國土壤污染狀況調查公報[R].中國：環境保護部國土資源部，2014.

[5] 宋春然，何錦林，譚紅，等.貴州省農業土壤重金屬污染的初步評價[J].貴州農業科學，2005，33（2）：13-16.

[6] 黎勇，鐘格梅，黃江平，等.2001-2013年廣西農田土壤鎘含量調查[J].環境衛生學雜志，2014，4（6）：544-547.

[7] 田秀紅.我國城郊蔬菜重金屬污染研究進展[J].食品科學，2009，30（21）：449-453.

[8] 李曉晨，趙麗，趙星明.南京市郊區蔬菜重金屬污染特征的研究[J].安徽農業科學，2007，35（30）：9650-9651.

[9] 彭少邦，蔡樂，李泗清.土壤鎘污染修復方法及生物修復研究進展[J].環境與發展，2014，26（3）：86-90.

[10] 劉維濤，周啟星.重金屬污染預防品種的篩選與培育[J].生態環境學報，2010，19（6）：1452-1458.

[11] 劉維濤，周啟星，孫約兵，等.大白菜（Brassica pekinensis L.）對鎘富集基因型差異的研究[J].應用基礎與工程科學學報，2010，18（2）：226-235.

[12] YU H，WANG J L，FANG W，et al.Cadmium accumulation in different rice cultivars and screening for pollution-safe cultivars of rice[J].Science of the Total Environment，2006，370（2）：302-309.

[13] 郭曉芳，衛澤斌，丘錦榮，等.玉米對重金屬累積與轉運的品種間差異[J].生態與農村環境學報，2010，26（4）：367-371.

[14] 徐燕玲，陳能場，徐勝光，等.低鎘累積水稻品種的篩選方法研究：品種與類型[J].農業環境科學學報，2009，28（7）：1346-1352.

[15] 王激清，劉波，蘇德純.超積累鎘油菜品種的篩選[J].河北農業大學學報，2003，1（1）：15-19.

[16] 朱芳，方煒，楊中藝.番茄吸收和積累Cd能力的品種間差異[J].生態學報，2006，26（12）：4071-4075.

[17] 于蔚，李元，陳建軍，等.鉛低積累玉米品種的篩選研究[J].環境科學導刊，2014，33（5）：4-9.

[18] Liu W T，Zhou Q X，Sun Y B，et al. Identification of Chinese cabbage genotypes with low cadmium accumulation for food safety[J].Environmental Pollution，2009，157：1961-1967.

[19] Mclaughlin M J，Parker D R，Clarke J M. Metals and micronutrients-food safety issues[J].Field Crops Research，1999，60：143-163.

[20] Liu J G，Qian M，Cai G L，et al. Uptake and translocation of Cd in different rice cultivars "and the relation with Cd accumulation in rice grain[J].Journal of Hazardous Materials，2007，143：443-447.

[21] Kurz H，Schulz R，Romheld V. Selection of cultivars to reduce the concentration of cadmium and thallium in food and fodder plants [J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，1999，162：323-328.

[22] 朱芳，方煒，楊中藝.番茄吸收和積累Cd能力的品種間差異[J].生態學報，2006，26（12）：4071-4075.

[23] Mclaughlin M J，Bell M J，Wright G C，et al. Uptake and partitioning of "cadmium by cultivars of peanut （Arachis hypogaea L.）[J]. Plant and Soil，2000，222： 51-58.

[24] Clarke J M，DE PAUW R M，Thiessen L L. Registration of five pairs of durum wheat genetic stocks near-isogenic for cadmium concentration [J].Crop Science，1997，37：297.

[25] Clarke J M，Norvell W A，Clarke F R，et al.Concentration of cadmium and other elements in the grain of near-isogenoc durum lines [J]. Canadian Journal of Animal Science，2002，82：27-33.

[26] 吳啟堂，陳盧，王廣壽.水稻不同品種對Cd吸收累積的差異和機理研究[J].生態學報，1999，1（1）：104-107.

[27] 蔣彬，張慧萍.水稻精米中鉛鎘砷含量基因型差異的研究[J].云南師范大學學報，2002，22（3）：37-40.

[28] 葉瑤瑤，王飛娟，俞嬌，等.稻米Cd低積累分子生理機制的研究進展[J].食品工業科技，2013，34（6）：392-395.

（助理編輯：易婧;責任編輯：敬廷桃）