留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征

贾军伟 陈振华 廖诗彦 骆文轩 徐炜杰 钟斌 马嘉伟 叶正钱 柳丹

贾军伟, 陈振华, 廖诗彦, 骆文轩, 徐炜杰, 钟斌, 马嘉伟, 叶正钱, 柳丹. 镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
引用本文: 贾军伟, 陈振华, 廖诗彦, 骆文轩, 徐炜杰, 钟斌, 马嘉伟, 叶正钱, 柳丹. 镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
JIA Junwei, CHEN Zhenhua, LIAO Shiyan, LUO Wenxuan, XU Weijie, ZHONG Bin, MA Jiawei, YE Zhengqian, LIU Dan. Transfer coefficient and distribution characteristics of Cd in low absorption rice cultivars under Cd stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
Citation: JIA Junwei, CHEN Zhenhua, LIAO Shiyan, LUO Wenxuan, XU Weijie, ZHONG Bin, MA Jiawei, YE Zhengqian, LIU Dan. Transfer coefficient and distribution characteristics of Cd in low absorption rice cultivars under Cd stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402

镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
基金项目: 浙江省自然科学基金资助项目(LZ20C160003);浙江省土壤污染生物修复重点实验室开放基金资助项目(FSLAB2021009)
详细信息
    作者简介: 贾军伟(ORCID: 0000-0002-9732-6765),从事耕地质量培育与提升研究。E-mail: 792783940@qq.com
    通信作者: 柳丹(ORCID: 0000-0003-1102-6639),教授,博士,从事土壤污染修复研究。E-mail: liudan7812@aliyun.com
  • 中图分类号: X173

Transfer coefficient and distribution characteristics of Cd in low absorption rice cultivars under Cd stress

  • 摘要:   目的  探索镉污染农田下不同低吸收水稻Oryza sativa品种对镉的吸收积累差异及在不同生长时期的分布特征。  方法  选取5个低镉吸收品种‘中浙优1号’‘ Zhongzheyou 1’、‘中浙优8号’‘ Zhongzheyou 8’、‘华浙优71’‘ Huazheyou 71’、‘甬优17’‘ Yongyou 17’和‘甬优1540’‘ Yongyou 1540’,在浙江省丽水市景宁畲族自治县某村镉污染农田开展大田试验,探究5种低吸收品种水稻生长情况及对镉的吸收转运特征。  结果  同一水稻品种不同器官中镉的积累存在差异。在拔节期和孕穗期,镉质量分数从大到小依次为根、茎、叶、穗;在成熟期,除‘中浙优8号’外,其余水稻品种镉质量分数从大到小依次为茎、根、叶、糙米、稻壳;不同水稻品种中,‘华浙优71’水稻品种的根镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05),‘中浙优8号’水稻品种的茎和糙米镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05)。同一水稻品种在不同生育期的相同器官中镉积累情况不同,根茎叶中镉质量分数从小到大依次为分蘖期、拔节期、孕穗期、成熟期。‘中浙优8号’水稻品种产量、千粒重和分蘖数均高于其他品种。在不同水稻品种中,糙米镉与千粒重、水稻产量、土壤全镉和土壤有效镉无显著相关。  结论  筛选出‘中浙优8号’为镉污染稻田的优选品种,后期可进一步对其低吸收积累特征进行探讨。图1表5参32
  • 图  1  中度污染土壤中水稻根、茎、叶、稻壳、糙米在不同生长期镉质量分数差异

    Figure  1  Differences in Cd contents in rice roots, stems, leaves, husks, and brown rice in moderately polluted soils at different growth periods

    表  1  供试土壤基本性质

    Table  1.   Basic properties of tested soil

    pH有机质/(g·kg−1)碱解氮/(mg·kg−1)速效磷/(mg·kg−1)速效钾/(mg·kg−1)全镉/(mg·kg−1)
    4.58±0.267.59±0.49203.97±7.6144.52±1.04193.69±2.282.36±0.64
    下载: 导出CSV

    表  2  各试验小区土壤全镉和有效镉

    Table  2.   Total Cd and available Cd in the soil of each test plot

    水稻品种土壤有效镉/
    (mg·kg−1)
    土壤全镉/
    (mg·kg−1)
    有效镉/
    全镉/%
    ‘中浙优1号’0.41±0.08 a1.55±0.28 a32.80
    ‘中浙优8号’0.64±0.35 a1.72±0.05 a35.16
    ‘甬优1540’ 0.46±0.29 a1.56±0.58 a34.03
    ‘甬优17’  0.28±0.17 a1.64±0.37 a29.68
    ‘华浙优71’ 0.50±0.11 a1.41±0.33 a38.07
      说明:相同小写字母表示品种间差异不显著
    下载: 导出CSV

    表  3  水稻镉积累和转运特征

    Table  3.   Accumulation and transport characteristics of Cd in Rice

    水稻品种TF根—茎TF茎—叶TF茎—壳TF壳—米FBA
    ‘中浙优1号’1.170.330.211.140.14
    ‘中浙优8号’0.970.450.062.240.07
    ‘甬优1540’ 0.920.140.311.500.10
    ‘甬优17’  1.010.080.202.290.08
    ‘华浙优71’ 1.490.130.301.820.10
    下载: 导出CSV

    表  4  水稻各项生长指标数据统计

    Table  4.   Statistics of various growth indicators of rice

    水稻品种产量/
    (kg·hm−2)
    千粒重/g分蘖数/
    (个·丛−1)
    ‘中浙优1号’7489.5±31.1 a27.00±2.56 bc14.89±2.12 c
    ‘中浙优8号’7549.5±29.3 a34.87±3.46 a24.22±2.55 a
    ‘甬优1540’ 6114.0±570.6 b25.93±3.94 bc21.56±4.17 ab
    ‘甬优17’  5678.0±636.5 b25.57±1.14 c16.11±2.12 bc
    ‘华浙优71’ 6980.6±611.2 a30.60±0.92 ab22.00±3.84 c
      说明:不同小写字母表示不同品种间差异显著(P<0.05)
    下载: 导出CSV

    表  5  稻米中镉与土壤镉及生长特性的相关性分析

    Table  5.   Correlation analysis of Cd contents in rice and soil and their growth characteristics

    项目稻米镉土壤有效镉土壤全镉水稻产量千粒重分蘖数
    稻米镉  1
    土壤有效镉0.1511
    土壤全镉 −0.0290.885**1
    水稻产量 0.1030.5000.3351
    千粒重  −0.3540.3480.3520.574*1
    分蘖数  −0.527*−0.066−0.1120.2030.603*1
      说明:*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著相关
    下载: 导出CSV
  • [1] 柴磊, 王新, 马良, 等. 基于 PMF 模型的兰州耕地土壤重金属来源解析[J]. 中国环境科学, 2020, 40(9): 3919 − 3929. doi:  10.3969/j.issn.1000-6923.2020.09.025

    CHAI Lei, WANG Xin, MA Liang, et al. Sources appointment of heavy metals in cultivated soils of Lanzhou based on PMF models [J]. China Environ Sci, 2020, 40(9): 3919 − 3929. doi:  10.3969/j.issn.1000-6923.2020.09.025
    [2] 周杨, 周文斌, 马嘉伟, 等. 缙云县某复垦地块土壤环境质量调查及生态风险评价[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(2): 388 − 395. doi:  10.11833/j.issn.2095-0756.20210289

    ZHOU Yang, ZHOU Wenbin, MA Jiawei, et al. Soil environmental quality investigation and ecological risk assessment of a reclamation land in Jinyun County [J]. J Zhejiang A&F Univ, 2022, 39(2): 388 − 395. doi:  10.11833/j.issn.2095-0756.20210289
    [3] 环境保护部. 全国土壤污染状况调查公报[EB/OL]. (2014-04-17)[2021-01-10]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417-270670.htm.

    Ministry of Ecology and Environment. Report on the National General Suruey of Soil Contamination [EB/OL]. (2014-04-17)[2021-01-10]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417-270670.htm.
    [4] CAI Limei, WANG Qiushuang, LUO Jie, et al. Heavy metal contamination and health risk assessment for children near a large Cu-smelter in central China [J]. Sci Total Environ, 2019, 65: 725 − 733.
    [5] HUANG Ying, WANG Lingyu, WANG Wenjia, et al. Current status of agricultural soil pollution by heavy metals in China: a meta-analysis [J]. Sci Total Environ, 2019, 651: 3034 − 3042. doi:  10.1016/j.scitotenv.2018.10.185
    [6] 黄颖. 不同尺度农田土壤重金属污染源解析研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2018.

    HUANG Ying. Analysis of Heavy Metal Pollution Sources in Farmland Soils at Different Scales[J]. Hangzhou: Zhejiang University, 2018.
    [7] XIANG Long, LIU Pinghui, JIANG Xingfu, et al. Health risk assessment and spatial distribution characteristics of heavy metal pollution in rice samples from a surrounding hydrometallurgy plant area in No. 721 uranium mining, East China[J/OL]. J Geochem Explor, 2019, 207: 106360[2022-01-08].doi: 10.1016/j.gexplo.2019.106360.
    [8] CHI Yihan, LI Fangbai, TAM N F, et al. Variations in grain cadmium and arsenic concentrations and screening for stable low-accumulating rice cultivars from multi-environment trials [J]. Sci Total Environ, 2018, 643: 1314 − 1324.
    [9] 刘昭兵, 纪雄辉, 彭华, 等. 水分管理模式对水稻吸收累积镉的影响及其作用机理[J]. 应用生态学报, 2010, 21(4): 908 − 914.

    LIU Shaobing, JI Xionghui, PENG Hua, et al. Effects and action mechanisms of different water management modes on rice Cd absorptionand accumulation [J]. Chin J Appl Ecol, 2010, 21(4): 908 − 914.
    [10] 王萍, 罗沐欣键, 刘静, 等. 不同水平Cd胁迫下低累积Cd水稻品种筛选[J]. 中国稻米, 2021, 27(1): 75 − 79.

    WANG Ping, LUO Muxinjian, LIU Jing, et al. Screening of rice varieties with low accumulation Cd under different levels of Cd stress [J]. China Rice, 2021, 27(1): 75 − 79.
    [11] 徐燕玲, 陈能场, 徐胜光, 等. 低镉累积水稻品种的筛选方法研究——品种与类型[J]. 农业环境科学学报, 2009, 28(7): 1346 − 1352. doi:  10.3321/j.issn:1672-2043.2009.07.003

    XU Yanling, CHEN Nengchang, XU Shengguang, et al. Breeding rice cultivars with low accumulation of cadmium: cultivars versus types [J]. J Agro-Environ Sci, 2009, 28(7): 1346 − 1352. doi:  10.3321/j.issn:1672-2043.2009.07.003
    [12] 单天宇, 刘秋辛, 阎秀兰, 等. 镉砷复合污染条件下镉低吸收水稻品种对镉和砷的吸收和累积特征[J]. 农业环境科学学报, 2017, 36(10): 1938 − 1945. doi:  10.11654/jaes.2017-0462

    SHAN Tianyu, LIU Qiuxin, YAN Xiulan, et al. Cd and As absorption and transport characteristics of rice in a paddy field co-contaminated by Cd and As [J]. J Agro-Environ Sci, 2017, 36(10): 1938 − 1945. doi:  10.11654/jaes.2017-0462
    [13] 蔡秋玲, 林大松, 王果, 等. 不同类型水稻镉富集与转运能力的差异分析[J]. 农业环境科学学报, 2016, 35(6): 1028 − 1033. doi:  10.11654/jaes.2016.06.002

    CAI Qiuling, LIN Dasong, WANG Guo, et al. Differences in cadmium accumulation and transfer capacity among different types of rice cultivars [J]. J Agro-Environ Sci, 2016, 35(6): 1028 − 1033. doi:  10.11654/jaes.2016.06.002
    [14] 颜旭, 周群丰, 廖博通, 等. 水分管理对不同季别水稻稻米镉积累的影响[J]. 作物研究, 2021, 35(3): 189 − 194.

    YAN Xu, ZHOU Qunfeng, LIAO Botong, et al. Effects of water management on cadmium accumulation in rice [J]. Crop Res, 2021, 35(3): 189 − 194.
    [15] 杨小粉, 伍湘, 汪泽钱, 等. 水分管理对水稻镉砷吸收积累的影响研究[J]. 生态环境学报, 2020, 29(10): 2091 − 2101. doi:  10.16258/j.cnki.1674-5906.2020.10.020

    YANG Xiaofen, WU Xiang, WANG Zeqian, et al. Effects of water management on the absorption and accumulation of cadmium and arsenic in rice [J]. J Ecol Environ, 2020, 29(10): 2091 − 2101. doi:  10.16258/j.cnki.1674-5906.2020.10.020
    [16] NOCTIO F F, LANCILLI C, DENDENA B, et al. Cadmium retention in rice roots is influenced by cadmium availability, chelation and translocation [J]. Plant Cell Environ, 2011, 34(6): 994 − 1008. doi:  10.1111/j.1365-3040.2011.02299.x
    [17] 孙约兵, 徐应明, 史新, 等. 污灌区镉污染土壤钝化修复及其生态效应研究[J]. 中国环境科学, 2012, 32(8): 1467 − 1473. doi:  10.3969/j.issn.1000-6923.2012.08.019

    SUN Yuebing, XU Yingming, SHI Xin, et al. The immobilization remediation of Cd contaminated soils in wastewater irrigation region and its ecological effects [J]. China Environ Sci, 2012, 32(8): 1467 − 1473. doi:  10.3969/j.issn.1000-6923.2012.08.019
    [18] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000.

    LU Rukun. The Analysis Method of Soil Agricultural Chemistry[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.
    [19] LI Yaqian, MA Jiawei, SHAFI M, et al. Effects of adsorption characteristics of different amendments on heavy metals (Pb, Zn, and Cd) [J]. J Soils Sediments, 2020, 20(7): 2868 − 2876. doi:  10.1007/s11368-020-02620-4
    [20] XU Weijie, HOU Shuzhen, KHAN M A, et al. Effect of water and fertilization management on Cd immobilization and bioavailability in Cd-polluted paddy soil[J/OL]. Chemosphere, 2021, 276: 130168[2022-01-10]. doi:  10.1016/j.chemosphere.2021.130168.
    [21] LUO Wenxuan, YANG Shaona, KHAN M A, et al. Mitigation of Cd accumulation in rice with water management and calcium-magnesium phosphate fertilizer in field environment [J]. Environ Geochem Health, 2020, 42(11): 3877 − 3886. doi:  10.1007/s10653-020-00648-6
    [22] 龙小林, 向珣朝, 徐艳芳, 等. 镉胁迫下籼稻和粳稻对镉的吸收、转移和分配研究[J]. 中国水稻科学, 2014, 28(2): 177 − 184. doi:  10.3969/j.issn.1001-7216.2014.02.009

    LONG Xiaolin, XIANG Xunchao, XU Yanfang, et al. Absorption, transfer and distribution of Cd in Indica and Japonica Rice under Cd stress [J]. China J Rice Sci, 2014, 28(2): 177 − 184. doi:  10.3969/j.issn.1001-7216.2014.02.009
    [23] 吴照祥, 孙小艳, 刘腾云, 等. 中、轻度污染农田杂交水稻对Cd的吸收和累积分布[J]. 江西农业大学学报, 2019, 41(3): 423 − 430.

    WU Zhaoxiang, SUN Xiaoyan, LIU Tengyun, et al. Cd accumulation, distribution and transport in varieties of hybrid rice grown in medium to low Cd-polluted farmland [J]. Acta Agric Univ Jiangxi Nat Sci Ed, 2019, 41(3): 423 − 430.
    [24] 孙聪, 陈世宝, 宋文恩, 等. 不同品种水稻对土壤中镉的富集特征及敏感性分布(SSD)[J]. 中国农业科学, 2014, 47(12): 2384 − 2394. doi:  10.3864/j.issn.0578-1752.2014.12.011

    SUN Cong, CHEN Shibao, SONG Wenen, et al. Accumulation characteristics of cadmium by rice cultivars in soils and its species sensitivity distribution [J]. Sci Agric Sci, 2014, 47(12): 2384 − 2394. doi:  10.3864/j.issn.0578-1752.2014.12.011
    [25] 王宇豪, 杨力, 康愉晨, 等. 镉污染大田条件下不同品种水稻镉积累的特征及影响因素[J]. 环境科学, 2021, 42(11): 5545 − 5553.

    WANG Yuhao, YANG Li, KANG Yuchen, et al. Characteristics and influencing factors of cadmium accumulation in different rice varieties under cadmium contaminated field conditions [J]. Environ Sci, 2021, 42(11): 5545 − 5553.
    [26] 谌首蓓. 菌渣还田对稻麦轮作土壤重金属形态及生物有效性的影响[D]. 成都: 四川农业大学, 2020.

    CHEN Shoubei. Effects of Mushroom Residue Application on Heavy Metals Speciations and Bioavailability under Rice-wheat Rotation System[D]. Chengdu: Sichuan Agricultural University, 2020.
    [27] 史静. 杂交水稻对土壤Cd, Zn吸收与Cd耐性的基因型差异[D]. 南京: 南京农业大学, 2008.

    SHI Jing. Genotypic Differences in Cadmium, Zinc Accumulation and Cadmium Tolerance Between Hybrid Rice Cultivars[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2008.
    [28] 薛涛, 廖晓勇, 王凌青, 等. 镉污染农田不同水稻品种镉积累差异研究[J]. 农业环境科学学报, 2019, 38(8): 1818 − 1826. doi:  10.11654/jaes.2019-0517

    XUE Tao, LIAO Xiaoyong, WANG Lingqing, et al. Cadmium accumulation in difference rice cultivars from cadmium-polluted paddy fields [J]. J Agro- Environ Sci, 2019, 38(8): 1818 − 1826. doi:  10.11654/jaes.2019-0517
    [29] 冯爱煊, 贺红周, 李娜, 等. 基于多目标元素的重金属低累积水稻品种筛选及其吸收转运特征[J]. 农业资源与环境学报, 2020, 37(6): 988 − 1000.

    FENG Aixuan, HE Hongzhou, LI Na, et al. Screening of rice varieties with low accumulation of heavy metals based on multiple target elements and their absorption and transport characteristics in rice plants [J]. J Agric Resour Environ, 2020, 37(6): 988 − 1000.
    [30] FUJIMAKI S, SUZUI N, ISHIOKA N S, et al. Tracing cadmium from culture to spikelet: noninvasive imaging and quantitative characterization of absorption, transport, and accumulation of cadmium in an intact rice plant [J]. Plant Physiol, 2010, 152(4): 1796 − 1806. doi:  10.1104/pp.109.151035
    [31] YU Hui, WANG Junli, FANG Wei, et al. Cadmium accumulation in different rice cultivars and screening for pollution-safe cultivars of rice [J]. Sci Total Environ, 2006, 370(2/3): 302 − 309.
    [32] 刘琦, 胡剑锋, 周伟, 等. 四川盆地不同类型水稻品种机插栽培的干物质生产及产量特性分析[J]. 中国水稻科学, 2019, 33(1): 35 − 46.

    LIU Qi, HU Jianfeng, ZHOU Wei, et al. Dry matter production and yield characteristics of machine-transplanted rice varieties falling into different types in Sichuan Basin [J]. Chin J Rice Sci, 2019, 33(1): 35 − 46.
  • [1] 周杨, 周文斌, 马嘉伟, 阮忠强, 叶正钱, 柳丹.  缙云县某复垦地块土壤环境质量调查及生态风险评价 . 浙江农林大学学报, 2022, 39(2): 388-395. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210289
    [2] 庾露, 黄艳霞, 刘警鉴, 段炼.  降雨影响下的水稻长势极化特征提取 . 浙江农林大学学报, 2020, 37(5): 992-998. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190605
    [3] 谢德志, 魏子璐, 朱峻熠, 杜莹, 金水虎, 岳春雷.  水禾对镉胁迫的生理响应 . 浙江农林大学学报, 2020, 37(4): 683-692. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190407
    [4] 彭杨贺, 潘伟光, 李林.  水稻规模农户生产环节对机械化服务外包的选择 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(5): 1006-1011. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.05.021
    [5] 俞敏祎, 余凯凯, 费聪, 柯威宇, 吴业飞, 张镇子, 包泽航, 林海琛, 李飞飞, 陈国林, 吕尊富.  水稻冠层叶片SPAD数值变化特征及氮素营养诊断 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(5): 950-956. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.05.014
    [6] 陈志超, 黄婷婷, 王洋, 吴洪恺, 陈璋琦, 陶若芙.  水稻种子休眠特性与耐藏性的关系 . 浙江农林大学学报, 2018, 35(3): 490-496. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.013
    [7] 郑秀文, 崔鹏, 石嘉伟, 杨静静, 陈敏敏, 郑瑶, 许玲, 刘宏波.  水稻OsZFP互作蛋白的筛选与鉴定 . 浙江农林大学学报, 2017, 34(6): 1024-1028. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.008
    [8] 张丽清, 陈霞, 胡海超, 张俊艇, 官慧谦, 刘庆坡.  miR3979在水稻砷耐受性中的作用 . 浙江农林大学学报, 2016, 33(4): 571-580. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.004
    [9] 赵婷, 韩小娇, 刘明英, 乔桂荣, 蒋晶, 姜彦成, 卓仁英.  东南景天耐镉相关基因SaFer的克隆与功能初步分析 . 浙江农林大学学报, 2015, 32(1): 25-32. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2015.01.004
    [10] 赵志新, 乔瑞芳, 季孔庶.  镉胁迫对不同家系杂交鹅掌楸生长及抗性的影响 . 浙江农林大学学报, 2009, 26(5): 667-673.
    [11] 王国明, 徐斌芬, 王美琴, 陈斌.  舟山群岛野生木本观赏植物资源及分布 . 浙江农林大学学报, 2007, 24(1): 55-59.
    [12] 林夏珍, 楼炉焕.  浙江省国家重点保护野生植物资源 . 浙江农林大学学报, 2002, 19(1): 31-35.
    [13] 郑保有, 郑毓, 马桂莲, 戴云喜.  黄岩区森林植物蚧虫种类初报 . 浙江农林大学学报, 2000, 17(1): 109-111.
    [14] 郑国良, 叶杰成, 朱勇强.  浙江木本植物区系资料 . 浙江农林大学学报, 1998, 15(4): 429-430.
    [15] 柳新红, 胡绍庆, 周关清, 汤兆成, 林日传.  浙江兰属植物新记录 . 浙江农林大学学报, 1998, 15(3): 267-268.
    [16] 王国明, 徐树华, 叶志军, 苗世军.  舟山群岛珍稀濒危植物的分布与保护 . 浙江农林大学学报, 1998, 15(2): 181-186.
    [17] 唐陆法.  千岛湖区松墨天牛的危害及分布规律 . 浙江农林大学学报, 1998, 15(2): 176-180.
    [18] 宋漳.  不同林分土壤放线菌的分布及其与土壤因子的关系 . 浙江农林大学学报, 1997, 14(1): 41-44.
    [19] 韦新良, 刘永富.  浙江省森林景观地理概述 . 浙江农林大学学报, 1996, 13(3): 316-321.
    [20] 陈征海, 唐正良, 张晓华, 应松康, 孙海平.  浙江海岛砂生植被研究* (Ⅰ)植被的基本特征 . 浙江农林大学学报, 1995, 12(4): 388-398.
  • 加载中
  • 链接本文:

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20210402

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/zjnldxxb/2022/5/1059

图(1) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  73
  • HTML全文浏览量:  35
  • PDF下载量:  42
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-12
  • 录用日期:  2022-07-04
  • 修回日期:  2022-06-27
  • 网络出版日期:  2022-09-22
  • 刊出日期:  2022-10-20

镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
    基金项目:  浙江省自然科学基金资助项目(LZ20C160003);浙江省土壤污染生物修复重点实验室开放基金资助项目(FSLAB2021009)
    作者简介:

    贾军伟(ORCID: 0000-0002-9732-6765),从事耕地质量培育与提升研究。E-mail: 792783940@qq.com

    通信作者: 柳丹(ORCID: 0000-0003-1102-6639),教授,博士,从事土壤污染修复研究。E-mail: liudan7812@aliyun.com
  • 中图分类号: X173

摘要:   目的  探索镉污染农田下不同低吸收水稻Oryza sativa品种对镉的吸收积累差异及在不同生长时期的分布特征。  方法  选取5个低镉吸收品种‘中浙优1号’‘ Zhongzheyou 1’、‘中浙优8号’‘ Zhongzheyou 8’、‘华浙优71’‘ Huazheyou 71’、‘甬优17’‘ Yongyou 17’和‘甬优1540’‘ Yongyou 1540’,在浙江省丽水市景宁畲族自治县某村镉污染农田开展大田试验,探究5种低吸收品种水稻生长情况及对镉的吸收转运特征。  结果  同一水稻品种不同器官中镉的积累存在差异。在拔节期和孕穗期,镉质量分数从大到小依次为根、茎、叶、穗;在成熟期,除‘中浙优8号’外,其余水稻品种镉质量分数从大到小依次为茎、根、叶、糙米、稻壳;不同水稻品种中,‘华浙优71’水稻品种的根镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05),‘中浙优8号’水稻品种的茎和糙米镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05)。同一水稻品种在不同生育期的相同器官中镉积累情况不同,根茎叶中镉质量分数从小到大依次为分蘖期、拔节期、孕穗期、成熟期。‘中浙优8号’水稻品种产量、千粒重和分蘖数均高于其他品种。在不同水稻品种中,糙米镉与千粒重、水稻产量、土壤全镉和土壤有效镉无显著相关。  结论  筛选出‘中浙优8号’为镉污染稻田的优选品种,后期可进一步对其低吸收积累特征进行探讨。图1表5参32

English Abstract

贾军伟, 陈振华, 廖诗彦, 骆文轩, 徐炜杰, 钟斌, 马嘉伟, 叶正钱, 柳丹. 镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
引用本文: 贾军伟, 陈振华, 廖诗彦, 骆文轩, 徐炜杰, 钟斌, 马嘉伟, 叶正钱, 柳丹. 镉胁迫下低吸收水稻品种中镉的转移系数和分布特征[J]. 浙江农林大学学报, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
JIA Junwei, CHEN Zhenhua, LIAO Shiyan, LUO Wenxuan, XU Weijie, ZHONG Bin, MA Jiawei, YE Zhengqian, LIU Dan. Transfer coefficient and distribution characteristics of Cd in low absorption rice cultivars under Cd stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
Citation: JIA Junwei, CHEN Zhenhua, LIAO Shiyan, LUO Wenxuan, XU Weijie, ZHONG Bin, MA Jiawei, YE Zhengqian, LIU Dan. Transfer coefficient and distribution characteristics of Cd in low absorption rice cultivars under Cd stress[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2022, 39(5): 1059-1066. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210402
  • 肥料农药的大量使用、化石燃料的燃烧、采矿和冶炼、城市废物的处理以及污水污泥的产生等人为活动,导致土壤重金属污染日趋严重[1-2]。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示:中国土壤总污染点超标率为16.1%,其中镉污染点位超标率占总超标点位的7.0%[3]。水稻Oryza sativa是中国最主要的粮食作物之一,同时又是容易富集重金属的粮食作物[4-5],因此,在重金属污染土壤中生产的稻米已成为重金属进入人体的重要途径之一[6]。有研究表明:人体过多的重金属累积会损害肾小球和肾小管,降低骨密度,导致骨质疏松,增加癌症风险等[7]

    为了缓解中国水稻土中广泛存在的镉污染,人们筛选和培育了低积累水稻品种[8]。在轻中度镉污染农田土壤中种植低吸收镉农作物,既具有经济效益又保障了粮食安全生产,是目前安全利用污染农田的研究热点[9-10]。据报道,不仅不同农作物吸收和积累重金属镉的能力存在差异,而且同一作物的不同品种之间也存在差异[11]。有研究表明:选择并培育遗传因子稳定的低吸收水稻品种,可作为重金属镉污染农田的安全来源[12]。通过试验筛选出的低吸收水稻品种已经投入使用,并且取得了很好的种植效果[13]。但也有研究表明:诸如环境、施肥和水管理等农艺措施的差异都会对作物镉的吸收和积累产生一定的影响[14-16]。因此,为了选择适合当地环境种植的低吸收水稻品种,本研究在镉污染地区农田中对5个水稻品种开展大田试验,测定不同生育期内不同水稻品种的各项生长生理指标,并分析镉在不同水稻品种植株中的积累和分布特征,为轻中度镉污染耕地安全利用和粮食安全生产提供参考。

    • 水稻试验大田位于浙江省丽水市景宁畲族自治县某村,属亚热带季风气候,四季分明,存在着垂直地带。年平均气温为18.3 ℃,年降水量为1 824.8 mm。年均日照时数为1 510.2 h。对水稻种植区土壤和农业生产进行摸底调查,全面掌握修复前各个地块本底环境状态以及相关历史资料。通过实施区的摸排与试验区块的确认,在该村划分出4 hm2的试验区。该试验区土壤pH为5.1,试验区表层镉超标率达99%,最高值为2.91 mg·kg−1,主要来源于大气沉降、秸秆还田以及前几年田块附近开矿。

    • 供试低吸收水稻品种为‘中浙优1号’‘Zhongzheyou 1’、‘中浙优8号’‘Zhongzheyou 8’、‘华浙优71’‘Huazheyou 71’、‘甬优17’‘Yongyou 17’和‘甬优1540’‘Yongyou 1540’,其种子均在当地种子专卖店统一采购。

      供试水稻于2019年6月插秧种植。在选定的耕地里设置5个处理,每个处理3个重复,共15个小区,每个小区面积均为30 m2。小区试验全部采用人工移栽的插秧方式,将不同水稻品种的种子播种于事先平整好的育秧地,按照不同品种划分各自育秧地块,在整个育秧阶段通过常规农艺措施保证秧苗水肥供应。秧苗生长35~40 d进行大田移栽,株行距为25 cm×20 cm,每穴2~3株,浅插匀植。种植前按照600 kg·hm−2的复合肥作为基肥[复合肥品牌为稻香源,氮+五氧化二磷+氧化钾质量分数≥50%,m(N)∶m(P)∶m(K)=25∶5∶20]。在秧苗移栽大田后10~15 d进行追肥,追肥采用150 kg·hm−2的尿素,其他水稻管理与当地常规管理模式保持一致。供试土壤为浙江省丽水市景宁畲族自治县某村镉污染地区土壤,供试耕地土壤的基本理化性质见表1

      表 1  供试土壤基本性质

      Table 1.  Basic properties of tested soil

      pH有机质/(g·kg−1)碱解氮/(mg·kg−1)速效磷/(mg·kg−1)速效钾/(mg·kg−1)全镉/(mg·kg−1)
      4.58±0.267.59±0.49203.97±7.6144.52±1.04193.69±2.282.36±0.64
    • 根据HJ/T 166—2004《土壤环境监测技术规范》,采集耕作层0~20 cm的土样[17]。为了使采集的土壤样品更具代表性,尽量规避土壤本身空间分布不均造成的影响。采用多点取样,再混合成1个混合样品。每个样品1.0 kg。采样后带回实验室风干,磨细后,用10目和100目的筛子过筛后装袋备用,用于测定大田土壤基本理化性质、全镉质量分数及有效镉质量分数[18]

      试验过程中,分别在水稻分蘖期、拔节期、育穂期和成熟期采集土壤样品及水稻样品。采集后的土壤样品自然风干,研磨,去除动植物残渣和石头,分别过10目和100目备用;水稻样品用去离子水洗干净后,105 ℃杀青30 min,在75 ℃烘干至恒量,再将试验各时期水稻分为根、茎、叶、穗(育穂期和成熟期)、籽粒(成熟期),然后用粉碎机把所有样品碾碎后,用100目筛过装袋备用。

    • 土壤全镉采用三酸消解法测定[19]:称取研磨通过100目筛子的均匀土壤0.100 0 g于50 mL聚四氟乙烯坩埚中,再用实验用去离子水湿润土壤,然后加入7 mL氟化氢溶液和5 mL浓硝酸溶液,在电热板上消煮蒸发至近干燥,取下聚四氟乙烯坩埚,冷却后,加入1 mL高氯酸,继续消煮到不再冒白烟,坩埚内残渣呈均匀的浅色(呈凹凸状为消煮不完全)。若消煮不完全,则添加1mL硝酸继续加热溶解残渣,至溶液完全澄清后转移到50 mL容量瓶中,定容摇匀,过滤保存,然后用石墨炉原子吸收光谱仪(岛津AA-7000,日本)测定镉元素。

      土壤有效镉的测定[20]:称取10.0 g过2 mm筛孔的风干土样于100 mL塑料瓶中,加入20 mL DTPA浸提剂。在振荡机上振荡2 h,过滤取上清液,用石墨炉原子吸收光谱仪(岛津AA-7000,日本)测定镉元素。

      植物样分析:称取0.3 g植物样品于消煮管中,加入5 mL的浓硝酸,在消煮仪中160 ℃消煮2 h,消煮完成冷却后,用蒸馏水定容至25 mL,采用石墨炉原子吸收光谱(岛津AA-7000,日本)测定。所有药品及试剂均为优级纯或基准试剂。

    • 采用Excel 2016和SPSS V13.0 进行方差分析(ANOVA)和最小差异显著法(LSD)分析。采用SigmaPlot 12.5绘图。富集系数(FBA)=稻米镉质量分数/土壤镉质量分数。转移系数(TF)=水稻组织(茎、叶、壳和米)镉质量分数/水稻组织(根、茎、叶和壳)镉质量分数。

    • 图1A所示:不同水稻品种在分蘖期根、茎、叶全镉质量分数基本一致。不同水稻品种根部镉质量分数都高于茎、叶片中的镉质量分数。不同水稻器官对镉的吸收累积是不同的,其中‘中浙优8号’‘甬优17’‘华浙优71’等3个水稻品种不同器官吸收的镉从大到小依次为根、茎、叶,而‘中浙优1号’和‘甬优1540’茎部在分蘖期的吸附累积量略高于叶部;不同品种根和叶对镉吸收积累无显著差异(P>0.05)。如图1B所示:5个水稻品种在拔节期根部镉质量分数均高于茎部、叶部,各器官对镉的积累存在一定的规律性,从大到小均表现为根、茎、叶。‘甬优17’和‘华浙优71’水稻品种的茎和叶镉质量分数显著低于‘中浙优1号’和‘中浙优8号’(P<0.05)。5个水稻品种在孕穗期各器官对镉的吸收和积累从大到小依次为根、茎、叶、穗,即在土壤中根部吸收积累镉的数量高于茎、叶和穗(图1C);‘华浙优71’水稻品种的穗镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05)。在成熟期时,‘中浙优1号’‘甬优17’和‘华浙优71’等3个水稻品种的根镉质量分数小于茎,高于叶,‘中浙优8号’和‘甬优1540’等2个水稻品种的不同器官对镉吸收和积累的量从大到小依次为根、茎、叶、糙米、稻壳;不同水稻品种中,‘华浙优71’的根镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05),‘中浙优8号’水稻品种的茎和糙米镉质量分数显著低于其他品种(P<0.05)。

      图  1  中度污染土壤中水稻根、茎、叶、稻壳、糙米在不同生长期镉质量分数差异

      Figure 1.  Differences in Cd contents in rice roots, stems, leaves, husks, and brown rice in moderately polluted soils at different growth periods

      同一水稻品种在不同生育期阶段的相同器官中的镉积累情况不同,根茎叶中镉质量分数从小到大依次为分蘖期、拔节期、孕穗期、成熟期。

    • 表2可知:‘中浙优8号’土壤有效镉和全镉质量分数最高,分别为(0.64±0.35)和(1.82±0.05) mg·kg−1;‘甬优17’土壤有效镉和全镉质量分数最低,分别为(0.28±0.17)和(0.94±0.37) mg·kg−1。这可能是‘中浙优8号’对镉的吸收能力较弱,导致土壤中的镉质量分数无显著变化,而‘甬优17’吸收了土壤中大量的镉,导致土壤中的镉减少。

      表 2  各试验小区土壤全镉和有效镉

      Table 2.  Total Cd and available Cd in the soil of each test plot

      水稻品种土壤有效镉/
      (mg·kg−1)
      土壤全镉/
      (mg·kg−1)
      有效镉/
      全镉/%
      ‘中浙优1号’0.41±0.08 a1.55±0.28 a32.80
      ‘中浙优8号’0.64±0.35 a1.72±0.05 a35.16
      ‘甬优1540’ 0.46±0.29 a1.56±0.58 a34.03
      ‘甬优17’  0.28±0.17 a1.64±0.37 a29.68
      ‘华浙优71’ 0.50±0.11 a1.41±0.33 a38.07
        说明:相同小写字母表示品种间差异不显著
    • 表3显示了不同水稻品种对镉积累和转运的影响。水稻中镉的TF在‘甬优1540’‘甬优17’和‘华浙优71’中表现出相似的趋势:TF壳—米TF根—茎TF茎—壳TF茎—叶,‘中浙优8号’表现出TF壳—米TF根—茎TF茎—叶TF茎—壳,在‘中浙优8号’水稻中观察到最低TF为0.06。镉在糙米中的FBA从大到小依次为‘中浙优1号’‘甬优1540’和‘华浙优71’‘甬优17’‘中浙优8号’。

      表 3  水稻镉积累和转运特征

      Table 3.  Accumulation and transport characteristics of Cd in Rice

      水稻品种TF根—茎TF茎—叶TF茎—壳TF壳—米FBA
      ‘中浙优1号’1.170.330.211.140.14
      ‘中浙优8号’0.970.450.062.240.07
      ‘甬优1540’ 0.920.140.311.500.10
      ‘甬优17’  1.010.080.202.290.08
      ‘华浙优71’ 1.490.130.301.820.10
    • 表4可知:不同水稻品种产量为(5 137.5~7 549.5) kg·hm−2,均值为6 762.3 kg·hm−2。在5个水稻品种中,‘中浙优8号’产量最高,为(7 549.5±29.3) kg·hm−2,显著高于其他品种(P<0.05);‘甬优17’品种水稻产量最低。在各水稻品种中,‘中浙优8号’水稻千粒重和分蘖数最高,分别为(34.87±3.46) g和(24.22±2.55)个·丛−1

      表 4  水稻各项生长指标数据统计

      Table 4.  Statistics of various growth indicators of rice

      水稻品种产量/
      (kg·hm−2)
      千粒重/g分蘖数/
      (个·丛−1)
      ‘中浙优1号’7489.5±31.1 a27.00±2.56 bc14.89±2.12 c
      ‘中浙优8号’7549.5±29.3 a34.87±3.46 a24.22±2.55 a
      ‘甬优1540’ 6114.0±570.6 b25.93±3.94 bc21.56±4.17 ab
      ‘甬优17’  5678.0±636.5 b25.57±1.14 c16.11±2.12 bc
      ‘华浙优71’ 6980.6±611.2 a30.60±0.92 ab22.00±3.84 c
        说明:不同小写字母表示不同品种间差异显著(P<0.05)
    • 稻米镉与土壤有效镉、土壤全镉、水稻产量、千粒重和分蘖数的相关性分析可知(表5):土壤有效镉与土壤全镉具有极显著相关关系(P<0.01),稻米镉与分蘖数显著相关(P<0.05),千粒重与水稻产量和分蘖数显著相关(P<0.05),稻米镉与土壤有效镉、全镉无显著相关。

      表 5  稻米中镉与土壤镉及生长特性的相关性分析

      Table 5.  Correlation analysis of Cd contents in rice and soil and their growth characteristics

      项目稻米镉土壤有效镉土壤全镉水稻产量千粒重分蘖数
      稻米镉  1
      土壤有效镉0.1511
      土壤全镉 −0.0290.885**1
      水稻产量 0.1030.5000.3351
      千粒重  −0.3540.3480.3520.574*1
      分蘖数  −0.527*−0.066−0.1120.2030.603*1
        说明:*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著相关
    • 由于水稻根系和土壤中重金属镉直接接触,水稻根部是吸收和积累镉的主要部位[21]。龙小林等[22]探究了镉胁迫下粳、籼稻对镉元素的吸收特征,得出水稻各器官对镉吸收从小到大依次为谷壳、糙米、叶、茎、根,与本试验结果相似。不同于上述研究的是本研究为大田验证试验。成熟时,稻壳对镉的吸收和积累低于根、茎和叶,其平均吸收量为0.150 mg·kg−1,糙米中的平均镉质量分数也高于稻壳,为0.198 mg·kg−1。糙米的镉平均质量分数占根系的8.75%、茎部的11.71%和叶片的24.36%,这表明水稻中的镉是垂直向上转移的。水稻根、茎和叶中的镉有可能被运输到米粒中。由于不同低吸收水稻品种自身基因型不同,所以决定了不同水稻品种在轻中度污染土壤中其植株不同器官镉的累积量在不同生长发育期存在显著差异,因此品种差异是影响水稻对重金属元素吸收的主要因素[23]。相关研究表明[24]:水稻对重金属的耐受性和吸收能力具有明显的品种差异性。本研究中,‘中浙优8号’水稻对镉的吸收能力最小,适合在镉污染土壤中种植。王宇豪等[25]通过大田试验筛选低积累水稻品种,表明不同水稻品种中镉的分布特征和积累能力存在显著差异。

      土壤中的有效镉含量一定程度上会影响水稻籽粒中的镉含量[26]。不同基因型水稻对镉的亲和、耐受、吸收积累差异较大[27]。本研究中,稻米镉质量分数与土壤有效镉、土壤全镉无显著相关。因此,不能依据土壤有效镉质量分数对不同水稻品种糙米镉质量分数进行评价。

      在进行水稻低积累品种筛选时,不仅要考虑其本身低积累特性,还要考虑其在重金属镉影响下,植株体内重金属转运特性[28]。不同水稻品种镉的吸收与各部位的转运能力存在差异[29],镉在水稻中最主要的转运步骤为木质部—韧皮部的转移[30]。本研究发现:相比其他水稻品种,‘中浙优8号’TF茎—叶最高,TF茎—壳最低,说明在镉胁迫下,‘中浙优8号’有效地把重金属镉从茎部转移到叶部,降低了茎部到籽粒的转移,同时降低了籽粒镉积累的风险。在进行水稻低积累品种筛选时,也要考虑在镉影响下的产量及生长状况[31]。有研究表明:不同水稻品种在镉胁迫下,其产量和生长状况存在显著的差异[32]。综合水稻生长及产量和水稻稻米镉的积累情况,推荐‘中浙优8号’作为该区适宜种植的水稻品种,既能保证水稻的产量,又能保证水稻的质量安全。

    • 同一水稻品种不同器官中镉的积累存在差异,在分蘖期镉质量分数从大到小依次为根、茎和叶,在拔节期和孕穗期,镉质量分数从大到小依次为根、茎、叶、穗;在成熟期,除‘中浙优8号’外,其余水稻品种镉质量分数从大到小依次为茎、根、叶、糙米、稻壳;在不同水稻品种中,‘华浙优71’的根镉质量分数显著低于其他品种,‘中浙优8号’的茎和糙米镉质量分数显著低于其他品种。同一水稻品种在不同生育期根茎叶中镉质量分数从小到大依次为分蘖期、拔节期、孕穗期、成熟期。在不同水稻品种中,‘中浙优8号’土壤有效镉和全镉质量分数最高,‘甬优17’土壤有效镉和全镉质量分数最低。不同水稻品种糙米中吸收和积累的重金属镉与分蘖数具有显著相关关系,与千粒重、水稻产量等水稻生长指标,以及土壤全镉和土壤有效镉无显著关系。

      综合分析可知:‘中浙优8号’稻米中的镉质量分数较低,可以达到耕地安全利用、粮食安全生产的目的。

参考文献 (32)

目录

    /

    返回文章
    返回