不同水稻品種抗鎘富集能力研究

黃建立 林 滉 賴應輝 張青齡 陳凌鋒

(福建省糧油質量監測所1，福州 350002) (福建省糧食和物資儲備局2，福州 350002)

水稻位居我國三大糧食作物之首，是最重要的糧食作物[1]。近年來，我國農田土壤重金屬污染日趨嚴重，重金屬通過水稻吸收，進入食物鏈進而危害人類健康，成為水稻質量安全問題，受到了社會的廣泛關注。鑒于我國的國情，對大面積的中輕度污染農田停止耕種，而通過長時間的植物修復或其它成本昂貴工程修復顯然是不現實的[2]。從水稻本身出發，研究發現水稻品種不同，對重金屬的吸收也顯著不同[3-5]，在此基礎上，Oliver等[6]和Liu等[7]發現水稻品種決定重金屬Cd在水稻不同組織器官中的比例分配。因此，通過篩選抗重金屬富集水稻品種，來保障糧食安全十分必要[8-10]。

本實驗研究了不同水稻品種抗Cd富集能力，對從湖南引進的5個Cd低積累水稻品種：創優華占、Y兩優957、Y兩優911、旺兩優958、旺兩優950采用了大田種植方式，在福建省選擇3處典型稻田進行了種植實驗，旨在篩選出重金屬Cd富集能力相對較低的水稻品種，為水稻安全生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器試劑

1.1.1 實驗作物

從湖南引進的5個水稻品種：創優華占、Y兩優957、Y兩優911、旺兩優958、旺兩優950。采用大田種植方式分別在3處典型稻田種植(DCNY、SJHP、XTSX)，根據3處實驗稻田當地農民的種植方式，進行田間管理。

1.1.2 儀器與試劑

儀器：Ultra ClearTMTWF UV TM超純水機；Multiwave PRO微波反應系統；7900型電感耦合等離子質譜儀。

試劑：硝酸(優級純)；含10 mg/L多元素標準貯備液(27元素)；含10 μg/mL Li、Y、Ce、Tl、Co的ICP-MS調諧液；含10 μg/mL Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi的內標溶液；實驗用水為超純水；高純氬氣(純度>99.9%)；高純氦氣(純度>99.9%)。

1.1.3 ICP-MS工作條件

按照1.3中的ICP-MS調諧液對儀器條件進行優化，使儀器各項指標達到測定要求，儀器參數見表1。

表1 ICP-MS工作參數

1.2 取樣與檢測重金屬Cd

在種植后60 d、收割當天采用隨機取樣法采集稻田表層(0～20 cm)土壤樣品3個重復樣，每份樣品100 g；收割當天同時對水稻進行取樣，按照實驗設計要求每個水稻品種隨機取3個重復樣，每份樣品500 g。

1)土壤樣品測定

土壤樣品在實驗室自然風干后，用粉碎機粉碎過40目篩后，稱取0.1 g左右樣品，置于微波消解罐中，加入3 mL硝酸和2 mL氫氟酸，置于電熱板中110 ℃預消解30 min，冷卻后，置于微波消解儀中，按表3的消解程序設定微波消解升溫步驟進行消解，消解結束，放氣后置于電熱板中110 ℃趕酸200 min至1 mL左右溶液，用超純水定容40 mL，搖勻，制備成樣品，同時做試劑空白實驗，上機測定樣品Cd含量。

參照NY/T 1377—2007《土壤pH的測定》[11]測定土壤樣品的pH值。

2)稻谷樣品測定

稻谷經曬干后，參照GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》[12]，經礱谷機脫殼、粉碎機粉碎后過40目篩后，稱取0.3 g左右樣品，置于微波消解罐中，加入3 mL硝酸，置于電熱板中110 ℃預消解30 min，冷卻后，置于微波消解儀中，按表2的消解程序設定微波消解升溫步驟進行消解，消解結束，放氣后置于電熱板中110 ℃趕酸200 min至1 mL左右溶液，用超純水定容20 mL，搖勻，制備成樣品，同時做試劑空白實驗和國家標準物質糙米粉，上機測定樣品Cd含量。

表2 微波消解程序

1.3 數據分析

富集系數(BF)=糙米中Cd含量/土中Cd含量，變異系數(CV)=標準偏差/平均值×100%。實驗獲得數據采用Microsoft Excel 2007進行數據整理，采用SPSS 17軟件進行統計分析，主要數據處理方式有方差分析、相關性分析和聚類分析等，顯著性差異用 One-Way ANOVA Duncan多重比較。

2 結果與分析

2.1 實驗土壤pH值和重金屬Cd含量

各實驗稻田土壤的pH值和重金屬含量檢測結果見表3。根據差異顯著性分析，三個實驗中每個稻田在實驗水稻種植中期和收獲后的土壤的pH值和重金屬Cd含量差異均無顯著性差異，說明土壤在實驗水稻種植期間pH值和重金屬Cd含量未發生變化。

2.2 不同品種稻谷重金屬Cd含量

5個待篩查的水稻品種重金屬Cd含量在不同的稻田表現不一致(表4)：在XTSX稻田中，創優華占重金屬Cd含量最高，Y兩優911重金屬Cd含量最低，且極顯著低于其他4個品種金屬Cd含量(P<0.01)；在SJPH稻田，旺兩優950重金屬Cd含量最高，Y兩優911重金屬Cd含量最低，且極顯著低于旺兩優958、旺兩優950和Y兩優957等3個品種金屬Cd含量(P<0.01)，與創優華占差異不顯著；在DCNY稻田中，每個品種重金屬Cd含量均超過限量0.2 mg/kg[13]，其中Y兩優911和Y兩優957重金屬Cd含量最低(兩個品種間差異不顯著)，且極顯著低于其他3個品種金屬Cd含量(P<0.01)。

表3 實驗稻田土壤pH值和Cd含量

注：同列數值后肩注不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，肩注相同小寫字母或未標字母的者表示差異不顯著(P>0.05)。

表4 不同品種稻谷Cd含量/(mg/kg)

注：同列數值后肩注不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，肩注不同大寫字母者表示差異極顯著(P<0.01)，肩注相同小寫字母或未標字母的者表示差異不顯著(P>0.05)，余同。

2.3 不同品種稻谷重金屬Cd的聚類分析

對不同品種稻谷重金屬Cd含量進行聚類分析，結果見圖1，不同品種稻谷重金屬Cd含量聚類分析可分為3類：第Ⅰ類各2個品種(旺兩優958和旺兩優950)，第Ⅱ類各1個品種(Y兩優957)，第Ⅲ類各2個品種(Y兩優911和創優華占)。其中第Ⅰ類品種稻谷重金屬Cd含量最高，第Ⅱ類品種稻谷重金屬Cd含量次之，因此，在重金屬污染區進行品種選擇時可以優先考慮第Ⅲ類的品種。

圖1 不同品種稻谷重金屬Cd的聚類分析

2.4 不同品種稻谷重金屬Cd富集能力的差異

為了進一步了解不同品種稻谷重金屬Cd吸收的差異，通過比較不同品種稻谷重金屬Cd富集能力發現(表5)：XTSX、SJPH和DCNY的3個實驗稻田中，Y兩優911稻谷重金屬Cd富集能力除同SJPH種植的創優華占和DCNY的Y兩優957比較差異不顯著以外，均極顯著低于其余品種(P<0.01)。因此，可將Y兩優911作為重金屬污染區減少稻谷重金屬富集的品種種植。

表5 品種稻谷重金屬Cd富集能力的差異

3 討論

3.1 同一稻田中不同品種水稻重金屬Cd含量不同

土壤中的重金屬Cd首先被水稻的根系吸收，再經過木質部轉運到水稻植株的地上部分，通過生物轉化在水稻組織中沉淀，最終成為水稻籽粒中的大部分重金屬Cd來源，大量研究表明，由于水稻遺傳特性存在差異，對重金屬Cd的吸收也存在差異[14，15]。本實驗通過對每一稻田中種植的不同品種水稻Cd含量進行測定、比較，并對不同品種水稻重金屬Cd含量進行聚類分析，發現每一個品種在同一個稻田中重金屬Cd含量不同，這與前人的研究結論一致[3-5]。

3.2 同一品種水稻在不同稻田的重金屬Cd含量不同

通過本實驗在不同稻田水稻重金屬Cd含量進行測定比較，發現每一個品種在不同稻田中Cd吸收的含量均不同。研究發現，水稻對Cd的吸收積累因土壤重金屬的生物活性的不同而有很大的差異[16]。另外，土壤微環境影響植物對Cd2+的吸收[17]，這主要是由于各個稻田土壤中重金屬Cd背景、土壤的理化性質和施用農藥化肥都不相同，導致水稻從不同土壤中吸收的Cd含量也不同，且含量不由于土壤中Cd含量的升高而升高或降低，最終反映出水稻籽粒中Cd含量不同且不呈現線性相關。

3.3 不同品種水稻重金屬Cd富集能力不同

水稻重金屬Cd富集能力是考察稻谷顆粒從土壤中吸收重金屬Cd能力的一個重要的指標，根據種植收獲期每個稻田的重金屬Cd含量和每個稻田中不同品種水稻的重金屬Cd含量求得水稻重金屬Cd富集。通過對實驗數據的分析，發現Y兩優911在三個實驗稻田中重金屬Cd富集能力最低，可優先考慮Y兩優911作為耕地抗重金屬Cd水稻品種的對象，深入研究。

3.4 稻田環境條件影響情況

根據GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》[18]，土壤的Cd含量限量依據土壤pH值不同而不同。XTSX稻田的土壤pH值小于5.5，重金屬Cd在0.216～0.221 mg/kg之間，SJPH的pH值小于5.5，重金屬Cd在0.36～0.54 mg/kg之間，DCNY為6.5

4 結論

選取3塊典型稻田進行不同品種水稻種植實驗，通過實驗收集的數據分析，證實了水稻重金屬Cd含量因品種和種植稻田不同而不同，同時篩選出重金屬Cd富集能力相對較低的Y兩優911品種，為水稻質量安全生產提供參考。