植物阻滯劑對水稻中鎘的吸收和運轉的影響

呂書記等

摘要采用盆栽試驗，研究了不同濃度植物阻滯劑處理下水稻全生育期內鎘在不同部位的分配累積規律。結果表明：隨噴施濃度的增加，各處理鎘含量降低，各部位鎘含量為根>莖>葉>子粒；根部鎘含量隨時間的變化規律為分蘗期>拔節期>成熟期>孕穗期>秧苗，而莖中鎘含量變化規律為分蘗期>孕穗期>成熟期>拔節期>秧苗，葉中的鎘含量為成熟期>分蘗期>孕穗期>拔節期>秧苗；植物阻滯劑對鎘的吸收和運轉有明顯的阻滯作用，且作用部位主要在葉部。

關鍵詞水稻；鎘；植物阻滯劑

中圖分類號S482.8+92文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）29-143-02

近幾十年來，土壤重金屬污染作為一種新的污染現象受到了大量關注，而鎘更是其中的重點。鎘（Cd）是一種生物毒性較大的元素，在食物鏈中遷移性強。土壤中的鎘主要來自于土壤本體和人為帶入，包括農藥化肥、灌溉、大氣沉降、生產生活廢棄物等[2-4]。因其隱蔽性大、毒害性強，故被世界衛生組織和歐盟美國等列為高危害有毒物質和致癌物，20世紀60年代日本因鎘中毒曾出現“痛痛病”，是首次大規模發現鎘污染中毒事件，之后類似的情況開始不斷出現，而湖南省作為水稻主產區和有色金屬之鄉，鎘大米事件近年來更是屢見不鮮。

鎂、鋅是植物必需礦質元素，對植物的生長和發育有重大作用。鎂對于植物細胞內葉綠體的構成有重要作用，有學者研究發現鎘與鋅在植物體內的吸收、分配呈顯著負相關性。而硒通過參與水稻體內的蛋白質代謝、能量代謝、抗氧化作用以及與其他元素的相互作用來影響其生長發育。筆者用含鎂、鋅和硒的溶液為材料，研究了其對水稻中鎘積累和分布的影響，旨在為水稻安全化生產提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試作物。供試的水稻品種為“五豐優T025”，播種時間為2014年7月3日，移栽時間為7月30日，收割時間為10月25日。

1.1.2供試土壤。土壤 pH為5.1，土壤全氮2.36 g/kg，全磷1.15 g/kg，全鉀41.00 g/kg，有機質38.00 g/kg，堿解氮148.000 mg/kg，有效磷16.200 mg/kg，速效鉀67.000 mg/kg。全鎘含量為0.337 mg/kg，用硝酸鎘將土壤中鎘含量調整到1.000 mg/kg。

1.1.3供試植物阻滯劑。植物阻滯劑成分為EDTA（含量為25%）、KNO3（含量為20%）、NaNO3（含量為7%）、Zn（NO3）2（含量為12%）、Mg（NO3）2（含量為23%）、Na2SeO3（含量為3%）、CMC（含量為10%）。

1.2試驗設計

試驗在湖南農業大學中南煙草試驗站進行，設如下5個處理：T1——濃度為1∶200的植物阻滯劑；T2——濃度為1∶400的植物阻滯劑；T3——濃度為1∶600的植物阻滯劑；T4——濃度為1∶800的植物阻滯劑；CK——空白對照。每個處理5次重復。每盆裝土10 kg，每個處理10盆。植物阻滯劑自移栽7 d后，每14 d噴施一次，按照300 ml/hm2稀釋后噴施。其他栽培措施按正常習慣管理。

1.3樣品采集與檢測

1.3.1樣品采集。在噴施植物阻滯劑5 d后，于水稻移栽期、分蘗期、拔節期、抽穗期和成熟期進行取樣，將所取水稻樣品先用自來水沖洗干凈，再用去離子水沖洗，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重。

1.3.2土壤鎘全量測定。稱樣0.25 g左右于消煮管中，采用HNO3H2O2HF微波消解，定容至100 ml后過濾，用ICPMS測定溶液鎘濃度。

1.3.3水稻植株鎘含量測定。稱樣0.30 g左右于消煮管中，采用 HNO3H2O2微波消解，定容后過濾，用ICPMS測定鎘含量。

1.3.4土壤基本理化性質測定。按《土壤農業化學分析方法》進行。

1.4數據處理采用DPS軟件及 Microsoft Excel 2003軟件進行數據的統計分析。

2結果與分析

2.1不同部位中鎘含量的變化

由表1可知，所有處理的鎘含量均為根>莖>葉>子粒，施用阻滯劑后，各處理隨著阻滯劑濃度的升高，鎘含量均呈下降趨勢，說明阻滯劑對鎘含量有顯著的阻滯作用。在根部，隨著濃度的增加，根部鎘含量逐漸下降，T4與CK無顯著性差異，T1、T2、T3與CK差異顯著。莖部鎘含量表現為處理與對照差異顯著，且T1與T2、T3、T4也呈顯著性差異。葉處理與對照呈顯著性差異。稻谷中，各處理與對照呈顯著性差異，且T1、T2與T3、T4也呈顯著性差異，說明阻滯效果與阻滯劑濃度有明顯的關聯性，隨濃度的增加，阻滯效果增強。

2.2不同時期水稻各器官鎘含量的變化

2.2.1水稻根部鎘含量變化規律。

由表2可知，水稻根部鎘含量呈現出先上升后降低最后再上升的趨勢，最大吸收期在分蘗期和成熟期。從各時期來看，各處理在秧苗期含量無差別，說明在該時期各個處理對水稻根部的影響不大；在分蘗期，各處理根部鎘含量均低于對照，但無顯著差異，且在該時期，各處理根部鎘含量均達到最大值，表明分蘗期是水稻大量吸收鎘的一個時期；在拔節期，鎘含量按照從高到低的順序為CK>T4>T3>T2>T1，且各處理與對照的差異顯著，降低的幅度分別為19.9%、27.3%、32.1%、46.2%；孕穗期，其鎘含量仍為CK>T4>T3>T2>T1，且處理與對照相比差異顯著，而各處理之間無明顯差異；成熟期，鎘含量為CK>T4>T3>T1>T2，其中T4與對照無顯著性差異，T1、T2、T3與對照差異顯著。

2.2.2水稻莖部鎘含量變化。

由表3可知，水稻莖中鎘含量的變化規律為先分蘗期迅速上升，拔節期稍下降后又上升的趨勢，從具體含量上來看，莖為鎘積累的主要器官之一。而各處理與對照相比，在秧苗期、分蘗期、拔節期和孕穗期無顯著差異，秧苗期對照與各處理鎘含量基本一致，而在分蘗期、拔節期、孕穗期和成熟期均表現為CK>T4>T3>T2>T1；在成熟期，對照與各處理之間有顯著差異，且T1與各處理之間也呈現顯著差異。

2.2.3水稻葉片鎘含量變化。

由表4可知，水稻葉片鎘含量變化幅度較大，呈“M”型變化趨勢，在分蘗期迅速增加，拔節期后又降低，孕穗期后又上升，成熟期稍降低，說明在分蘗期葉片大量累積鎘，而在拔節期由于鎘的積累速度遠遠小于其他物質的積累而迅速下降，各處理與對照僅在成熟期有顯著性差異。各處理鎘含量在分蘗期、拔節期、孕穗期和成熟期均是CK>T4>T3>T2>T1，但各處理之間并無顯著性差異，而在秧苗期，各處理與對照鎘含量基本一致。

3討論與結論

鎘對植物的毒害作用直接表現為對光合作用的影響，較高濃度下表現為葉緣變褐色，葉片卷曲失綠，葉柄葉脈變紅，光合作用受抑制，最終影響植物生長，降低產量和品質。有研究表明，鎘通過破壞光合器官和色素，抑制葉綠素Hill反應，降低葉綠素含量，抑制RuBP羧化酶活性，影響二氧化碳固定，降低PSI和PSII活性等方式來降低植物光合速率。McKenna等報道了鋅可阻止鎘由根部轉運至蓮葉，從而降低萵筍和菠菜中的鎘含量。彭克勤等研究表明，從早稻分蘗期以灌溉水形式施硒，灌漿期凈光合速率明顯提高，促進氣孔開放、降低氣孔阻力，且提高了實粒數，減少了空粒。He等用盆栽試驗觀察施鋅、硒對蔬菜中鈀、鎘含量的影響，結果表明，施鋅、硒均能明顯降低白菜、萵苣中鈀、鎘含量。在該試驗中，通過補充鎂元素來提高光合作用，消除鎘的毒害作用；用鋅和硒來拮抗水稻對鎘的吸收和向水稻子粒中的轉移，從試驗結果上看是成功的。

鎘主要是從水稻根部吸收，并通過莖葉運輸到果實，在該運輸過程中，鎘含量遞減，而在噴施植物阻滯劑后，水稻吸收鎘的總量降低且吸收的鎘主要存在于根部和葉部，說明植物阻滯劑對鎘的吸收和運輸產生了明顯的阻滯效果，這與Oliver等的研究結論“硒和鋅對鎘的拮抗作用”一致。

施用植物阻滯劑后，濃度為1∶200、1∶400、1∶600處理的鎘濃度均低于國家標準0.200 mg/kg，但濃度為1∶600處理的鎘濃度處于臨界值，所以只有1∶200、1∶400濃度處理具有實際應用價值，且1∶400濃度處理是最優選擇，說明植物阻滯劑需要一定濃度才有效果。

目前對土壤鎘污染主要采取的方法有客土法、化學淋洗法、土壤調理劑修復法、植物富集吸收法等，這些方法雖然效果較好但存在成本高、操作難等弊端，而噴施植物阻滯劑的方法操作簡便、成本低廉，有較好的研究、推廣價值。

參考文獻

[1]

VERKLEIJ JOS A C， GOLANGOLDHIRSH A， ANTOSIEWISZ D M， et al.Dualities in plant tolerance to pollutants and their uptake and translocation to the upper plant parts[J].Environmental and experimental botany， 2009，67（1）： 10-22.

[2] DAS P， SAMANTARAY S， ROUT G R.Studies on cadmium toxicity in plants： A review[J].Environmental pollution， 1997， 98（1）： 29-36.

[3] ARDUINI I， ERCOLI L， MARIOTTI M， et al.Response of miscanthus to toxic cadmium applications during the period of maximum growth[J].Environmental and experimental botany， 2006， 55（1/2）： 29-40.

[4] SINGH S， EAPEN S， D SOUZA S F.Cadmium accumulation and its influence on lipid peroxidation and antioxidative system in an aquatic plant， Bacopa monnieri L.[J].Chemosphere， 2006， 62（2）： 233-246.

[5] LINCOLN TAIZ，EDUARDO Z EIGER.植物生理學[M].宋純鵬，王學路，等譯.4版.北京：科學出版社，2009.

[6] OLIVER D P， HANNAM R， TILLER K Q，et al.The effect of Zinc fertilization on Cd concentration in wheat grain[J].Journal of environmental quality，1994，23：705-711.

[7] 吳永饒，盧向陽，彭振坤，等.硒在水稻中的生理生化作用探討[J].中國農業科學，2000，33（1）：100-103.

[8] 曾翔.水稻鏑積累和耐性機理及其品種間差異研究[D].長沙：湖南農業大學，2006.

[9] SIEDLECKA A， BASZYASKI T.Inhibition of electron flow around photosystem I in chloroplasts of Cdtreated maize plants is due to Cdinduced iron deficiency[J].Plant physiology，1993，87：199-202.

[10] MCKENNA I M， CHANEY R L， WILLIAMS F M.The effect of cadmium and zinc interactions on the accumulation and tissue distribution of zinc and cadmium in lettuce and spinach[J].Environmental pollution，1993，79：113-120.

[11] 彭克勤，洪亞輝，夏諱.硒對早稻光合作用和產量性狀的影響[J].湖南農業大學學報，1997，23（5）：35-37.

[12] HE P P， LV X Z， WANG G Y.Effects of Se and Zn supplementation on the antagonism against Pb and Cd in vegetables[J].Environment international，2004，30：167-172.

安徽農業科學，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（29）：147-149