不同品種稻米重金屬富集差異研究

王琳

摘 要 對217份稻谷樣品重金屬含量的測定分析表明，谷殼中重金屬含量大于精米，精米中Cr、Cd含量相對較高，谷殼中Cr含量相對較高；相關性分析結果表明，土壤中的Cd、Pb與稻谷中的Cd、Pb含量顯著相關，谷殼與精米中的Cd、As、Hg含量顯著相關而與品種類型無關；對重金屬富集系數的分析表明，稻米對重金屬的富集能力強弱為Cd>Hg>As>Cr>Pb，不同品系稻米對5種重金屬的富集能力差異均達到顯著，銀占系列稻米的重金屬富集能力與其它8個品系差異顯著且顯著高于其它品系。結論對研究稻米中重金屬污染問題具有一定的參考價值。

關鍵詞 品種 ；重金屬 ；稻米 ；富集系數 ；相關性

分類號 S511 ；TS201.6

Difference in Heavy MetalsEnrichment of Different Varieties of Rice

WANG Lin1，2，3） DU Ruiying1，3） WANG Xu1，3）

WANG Fuhua1，2，3） WEN Dian1，3） LIAO Mengsha1，2，3） HAO Fangze1，3）

（1 Public Monitoring Center for Agro-product， Guangdong Academy of Agricultural Sciences，

Guangzhou， Guangdong 510640；

2 Microelement Research Center， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070；

3 Ministry of Agriculture Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Agro-products， Guangzhou， Guangdong 510640）

Abstract The result of the analysis of heavy metals content in rice shows that the contents of heavy metals in husk are more than that in the polished rice and two heavy metals Cr and Cd have relative higher contents than the other three heavy metals in polished rice while the content of Cr is higher than the other four heavy metals in husk relatively ； The correlation analysis results proves that the content of Cd and Pb in soil have a significant influence on the Cd and Pb in rice ， the content of Cd、As and Hg in polished rice are significantly related to that in husk but not variety types ；The analysis of PUF suggests that the capacities order of rice to enrich heavy metals is Cd>Hg>As>Cr>Pb and different strains of rice have significant differences on the capacities of heavy metals enrichment. One strain called Yinzhan have greater abilities to enrich heavy metals than other strains ， and differences on abilities to enrich heavy metals are significant among them .And these conclusions have some reference value on the study of rice heavy metal pollution.

Keywords varieties ； heavy metal ； rice ； PUF （plant uptake factor） ； correlation

近年來，隨著我國工業化、城市化、農業現代化的發展，水資源、土壤資源、大氣等受到了不同程度的污染。就土壤資源而言，由于工業廢棄物的排放、化學肥料及農藥的過度使用、種植制度的改革、人類活動等原因，造成了土壤原有結構的破壞、理化性質改變及土壤組成成分的變化，導致包括重金屬在內的有害物質的含量增加造成土壤重金屬污染。進入土壤的重金屬可以通過植物根系進入植物體，再經食物鏈的傳遞和富集最終進入人體危害人體健康[1]。稻米是我國最主要的糧食品種之一，我國65%以上的人口以稻米為主食[2]，水稻對鎘等重金屬具有強吸收等特征，這種固有特性也解釋了近年來時有發生的大米重金屬污染事件[3-6]。因此，研究稻米對土壤中重金屬的吸收與累積規律對糧食安全有著重要的實際意義。為了降低稻米重金屬污染發生概率、降低稻米中重金屬含量，諸多學者在這方面也做了大量的工作，且有研究表明不同品種、不同基因型稻米的重金屬含量差異較大[7-9]，亦有研究表明水稻對不同重金屬的的富集能力呈現明顯差異[10-14]。就水稻品種而言，查明不同品種水稻的重金屬含量特征和對重金屬富集能力的差異對確保糧食的安全生產具有實際的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試稻米樣品抽自土壤重金屬污染高風險地區，共采集稻谷樣品217份，涉及9個品系、30個品種。具體品種名稱及樣品量見表1。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集及前處理方法

水稻進入蠟熟期后采用對角線法進行采樣。采回的稻谷籽粒樣品置于烘箱中60℃烘干至恒重，混勻后用四分法取適量經微型碾米機去殼，再經過粉碎機磨成米粉，谷殼和精米分別裝袋保存。整個過程無外來重金屬污染。

采集與稻谷對應田塊的土壤樣品，經自然風干后混勻，用四分法取適量經瑪瑙研磨機研磨并過100目篩，裝袋保存待測。

1.2.2 分析方法

精米與谷殼中的Cd、Pb、Cr含量采用硝酸-高氯酸消解，采用高頻耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）測定，Hg與As的測定采用氫化物發生原子熒光儀（HG-AFS）。以大米遼寧大米（GSB-21）和四川大米（GSB-22）為參照，對分析過程進行質量控制。

土壤中Pb、Cd、Cr 、As、Hg等重金屬全量測定分別參照GB/T17141-1997、NY/T1121.12-2006、GB/T22105-2008的方法前處理并使用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）和氫化物發生原子熒光儀測定。

1.2.3 數據處理與分析

采用EXCEL 2013和SPSS 17.0對數據進行方差分析和Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種稻谷重金屬含量分析

2.1.1 稻谷精米中重金屬含量分析

對9個品系、30個品種稻谷精米重金屬含量進行統計。按照國家《食品中污染物限量標準》（GB2762-2012）[15]對大米中重金屬含量的限定值，217份供試稻米精米重金屬Cd、As、Cr、Pb、Hg超標率分別為50.69%、16.59%、5.53%、4.61%、1.38%。豐優、香占、銀占3個品系稻谷精米中Cd含量相對較高，五優、雜優、油占3個品系含量相對較低；五優、Y優、銀占3個品系精米中Pb含量相對較高，天優、雜優、香占3個品系的Pb含量相對較低；深優、雜優、香占3個品系的重金屬As含量相對高于五優、Y優等6個品系。就品種而言，精米中Cd含量豐優116>深兩優、美香占、銀占>豐優998、雜優>宜香3003；Pb含量銀占>象牙占和內香8516，五優、Y兩優101、深優9786、豐優>Y兩優143、豐優絲苗、深優5814>天優103；As含量深優998>深優9786、米香占>五優、Y兩優143、象牙占>豐優998。見表2。

2.1.2 稻谷谷殼中重金屬含量分析

對9個品系、30個品種稻谷的谷殼重金屬含量分析。參考國家《飼料衛生標準》（GB13078-2001）[16]中對家畜補充飼料中重金屬含量的限定，217份稻米樣品谷殼以重金屬Cr超標最為嚴重，超標率為79.26%，Cd超標率為10.60%，Pb、As、Hg 3種重金屬均未超標。谷殼中Cd含量豐優>天優、假銀占、油占>雜優、深優9516、天優103>深兩優，Cr含量馬壩油占>五優華占、深優9516、象牙占、豐優絲苗>豐優998、深優9786、天優998>五優；Pb含量假銀占、五優華占>豐優絲苗、深兩優5814、內香8518>五優、Y兩優1號、美香占>雜優；As含量豐優116>豐優絲苗、天優、深兩優、天優103、假銀占>豐優998、美香占、五優>天優998；Hg含量天優103>Y兩優101、深兩優、天優>五優、米香占、深兩優5814>美香占。見表3。

2.2 重金屬含量分布特征

2.2.1 重金屬含量相關性

對常規稻和雜交稻中重金屬含量與土壤中重金屬全量進行相關性分析結果表明，土壤中重金屬全量與常規稻中Cd和Pb含量呈顯著性正相關（p<0.05），與雜交稻稻中Cd和Pb含量達到了極顯著正相關（p<0.01），而與所有稻谷中Cr、As、Hg含量相關性不顯著。谷殼與精米Cd和As含量呈極顯著相關（p<0.01），稻殼和稻米中Hg含量在常規稻表現為顯著性相關（p<0.05），雜交稻中表現為極顯著（p<0.01）。見表4。

2.2.2 不同重金屬含量相關性分析

不同重金屬由土壤向水稻遷移過程中，相互之間作用不同，表現為協同或者拮抗作用。稻米對Cd與Pb、As與Hg的吸收呈顯著性正相關，說明水稻對這些金屬的吸收有協同作用。其余重金屬之間的遷移表現為協同或拮抗，但均沒達到顯著相關性水平。見表5。

2.3 不同品系稻米重金屬富集能力分析

富集系數（PUF）是表征稻米對重金屬富集能力的重要指標，是精米中重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值。稻米對重金屬離子的吸收和富集能力決定了稻米重金屬含量。對9個品系稻米重金屬富集系數統計，結果表明，對5種重金屬富集能力最強的品系分別是銀占、銀占、銀占、銀占、天優，富集系數分別是平均富集系數的1.13、3.78、3.00、2.90、1.67倍，對Cd、Cr、As、Hg 4種重金屬富集能力最弱的品系分別是雜優、五優、天優、五優，對重金屬Pb的富集除銀占品系，其余8個品系的富集系數均為0.001。不同品系稻米對Cd、Cr、Pb、As、Hg 5種重金屬的富集系數差異均達到顯著（p<0.05），其中對Cd、Cr、Hg 3種重金屬的富集能力差異達到極顯著（p<0.01）。對重金屬Cd的富集，銀占與五優、Y優、雜優差異顯著，與豐優、深優、天優、香占、油占5個品系無顯著差異；對重金屬Cr、Pb和As的富集，銀占品系與其余8個品系差異顯著且富集能力顯著高于其它系列；對重金屬Hg的富集，天優與油占無顯著差異，與其余7個品系差異顯著，銀占與天優、油占差異顯著，與其余6個品系無顯著差異。見表6。

3 討論與結論

3.1 不同品種稻谷對重金屬敏感性

根據供試稻米中不同重金屬含量，可以發現不同品系、品種稻米對某種重金屬的敏感性不同[17-18]，如重金屬Cd含量五優品系>香占品系，Pb含量則反之；而同一品種稻米對不同重金屬的敏感性也表現不同，諸多學者的研究也證明了此次觀點[20-21]。同一品系內的不同品種對重金屬的敏感性表現也不同[22]，如香占品系內，重金屬Cd含量美香占>宜香3003，As含量米香占>象牙占，深優品系內Cr含量深優9516>深優9786、Hg含量深兩優>深兩優5814等。

3.2 重金屬在土-谷殼-精米系統中的分配

此次研究結果表明，谷殼中重金屬含量大于精米，這與嚴莎[22]等人的研究結果一致。不同品種類型稻谷（常規稻、雜交稻）與土壤重金屬含量相關性表現一致，如土壤中的Cd、Pb含量與稻谷中的Cd、Pb含量均顯著相關而與品種類型無關，谷殼與精米中的Cd、As、Hg含量也表現為顯著相關而與品種類型無關，表明土壤中的重金屬含量顯著影響稻米的重金屬含量，若要降低稻米中重金屬含量，從土壤入手是一個行之有效的方法。而重金屬在稻米植株體內的轉移是由谷殼到精米，且不同重金屬之間存在不同的相互作用，這也與諸多學者[23-24]的研究結果一致。

3.3 不同水稻品系對重金屬的富集能力

由分析結果不難得出，稻米對不同重金屬富集能力強弱順序為Cd>Hg>As>Cr>Pb，且不同品系稻米對重金屬富集能力差異較大，較為突出的銀占系列稻米的重金屬富集能力較強，與其余品種差異顯著。所有品種稻米集中表現為對重金屬Cd的富集能力最強，對Pb的富集能力最弱，表明重金屬Cd易向籽稻米粒中轉移，Pb不易向稻米籽粒中轉移，與張潮海[11]、沈體鐘[25]等人的研究結果一致，這也在一定程度上解釋了的Pb在谷殼中的含量高于精米的原因。Cd的的遷移能力較強，這可能是由于Cd進入土壤主要以物理化學吸附為主，在土壤中形成絡離子較易移動[26]，而Pb的遷移能力最弱，與Pb在土壤中以化學吸附為主，在土壤中形成溶解度較小的沉淀有關[27]。本研究結果還表明，Cr的富集系數也較小，但谷殼中的Cr含量顯著高于精米，表明Cr易于從土壤向稻米中轉移，但較難從谷殼向精米中移動。除此之外，As的富集系數也相對較小，這與眾多學者的研究結果基本一致[28-29]。有研究表明水稻對As的吸收和積累有明顯的獨特性，水稻根部對As的積累能力遠高于別的植物，但籽粒中的As含量很低[30]。

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