施鉀對雜交水稻Cd、Fe和Zn吸收與轉運的影響

熊忠偉,廖前超,江 云

(1. 四川省涼山州鹽源縣農牧局，四川 鹽源 615700；2.四川省南充市有機農業發展中心，四川 南充 637000)

施鉀對雜交水稻Cd、Fe和Zn吸收與轉運的影響

熊忠偉1,廖前超2,江 云1

(1. 四川省涼山州鹽源縣農牧局，四川 鹽源 615700；2.四川省南充市有機農業發展中心，四川 南充 637000)

土培試驗，以川農優527和II優838兩個水稻品種在Cd處理不同施鉀條件下，通過對水稻組織部分Cd、Fe和Zn含量以及各組織間轉移系數進行對比，探討施鉀對雜交水稻Cd、Fe和Zn吸收和轉運的影響，且篩選得到的低積累Cd的水稻品種，為農業上合理施用鉀肥以及篩選安全有益水稻品種保證食品安全提供科學依據。研究表明：①雜交水稻各組織部位Cd、Fe和Zn含量依次為根系﹥地上部(莖和葉)﹥糙米。②施鉀(C4～C6)處理下兩品種水稻糙米Cd含量均在高鉀(C6)處到達最高，Fe和Zn含量最低；而在低鉀(C4)處兩品種水稻糙米Cd含量最低，Fe和Zn含量最高。③低鉀(C4)條件下川農優527和Ⅱ優838Fe轉運TF莖-糙米和TF葉-糙米遠遠高于高鉀(C6)條件，其具體有關機理有待進一步研究。

水稻；Cd；Fe；Zn ；轉運

近年來，我國耕地重金屬污染情況不容樂觀，超過10%的土壤存在不同程度的重金屬污染，其中稻田Cd 污染問題尤為突出[1]。鎘(Cd)是生物體非必需元素，鎘在土壤-植物-食品-人系統中的遷移是環境Cd 污染及其人類健康風險研究的重點和熱點問題之一。當前，雜交水稻是我國稻米生產的主要品種。水稻是主要糧食作物之一，稻米中含有許多人體所需的礦質元素(如：Fe和Zn)，而鐵( Fe)和鋅(Zn)金屬離子是水稻籽粒主要的微量營養元素，這些微量元素的含量與種類不僅影響水稻的生長與發育，而且還影響品質與產量的形成，對人體的健康也起到至關重要的作用。若通過合理調節雜交水稻中鉀肥施用，使籽粒中 Fe、Zn 等礦質元素含量得以提高，將對人類營養和健康的改善產生巨大的影響[2]。

鉀是植物必需的營養元素，也是農業生產中最常用的肥料，鉀肥料施入土壤后，一方面通過對土壤性質的改變影響重金屬形態和植物有效性，另一方面它能提供必需的大量營養元素保證植物正常生長，增強抗逆性，從而有效地減少植物對重金屬的吸收和降低重金屬對植物的毒害[3]。因此，鉀肥施用會影響到作物對Cd、Fe和Zn吸收與轉運。當前，有關鉀與植物重金屬和微量元素吸收及相互影響特征已成為研究熱點[4-6]，而在施鉀對雜交水稻Cd、Fe和Zn吸收和轉運的影響，且怎樣在合理施肥條件下保證糧食食品安全卻鮮有報道，因此本文通過對川農優527和II優838這2個水稻品種在施鉀條件下，對水稻各組織部分Cd、Fe和Zn含量進行對比，篩選出健康水稻品種，為農業上合理施用鉀肥以及篩選安全有益水稻品種保證糧食食品安全提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗儀器

電感耦合等離子體-質譜聯合(ICP-MS; Varian 820-MS, ICP Mass Spectrometer)；火焰原子吸收分光光度計(AAS)。

1.2 供試材料

供試材料為前期通過水培試驗及大田試驗篩選獲得的川農優527(低積累型)和II優838(高積累型)[7]2個水稻品種為研究材料，生育期基本一致(150d)，均由四川農業大學水稻研究所提供。供試土壤來源于德陽市旌陽區天元鎮白江村的水稻土，采集土樣層度為0～20cm，土壤基本理化性質如表1所示。

1.3 試驗設計

試驗于2015年4～10月在四川農業大學溫室內進行。水稻種子前期處理以及培育參照李冰等[8]的方法，在苗移植前30d作加Cd(CdCl2·2.5H2O)陳化處理，以及苗4葉1心前進行施肥處理，添加基肥(Ca(H2PO4)2，0.1g·kg-1土；尿素(CON2H4))，0.2g·kg-1土，同時根據水稻常規需鉀含量設置鉀處理濃度(KCl)，分別為：不施鉀(CK)、低水平(LK,50mg·kg-1土)、正常水平(K,200mg·kg-1土)和高水平(HK,400 mg·kg-1土)4個鉀水平。試驗一共設以下6個處理：每個處理重復3次(如表2)，然后將4葉1心時的苗移植到15L裝10kg土(干土重)的塑料桶中，每盆置3穴，每穴1株，每處理重復3次。移栽后分別于分藥期和孕穗期添加尿素1g作為追肥，培育期間保持2～3cm田間持水量，并按照常規管理，做好防治病蟲害工作。

1.4 樣品采集

于水稻成熟期后收獲根、莖、葉和籽粒，鮮樣取備后用液氮進行保存，而其余樣品需在105℃條件下殺青30min，再將溫度降至75℃烘干至恒重粉碎裝袋；籽粒樣品經過風干后用于制備糙米，糙米經過75℃烘干至恒重并粉碎過100目篩后裝袋待測。

1.5 試驗方法

1.5.1 Cd含量的測定 取新鮮樣品，參照王美等[9]方法利用電感耦合等離子體-質譜聯合分析測定Cd含量。

1.5.2 Fe、Zn含量的測定 將烘干至恒重的植物樣品磨細參照楊江等[10]的方法用火焰原子吸收分光光度計(AAS)進行測定Fe和Zn的含量。

1.6 數據處理及分析

1.6.1 數據處理 采用SPSS19.0：進行數據處理與方差分析(LSD法)，運用Excel2013進行圖表的制作。

1.6.2 數據分析 各部位Cd轉移系數：TFA-B=B器官中Cd含量/A器官中Cd含量[11]。

2 結果與分析

2.1 雜交水稻各組織Cd含量及其轉移系數

雜交水稻各組織Cd含量及其轉移系數如表3所示，雜交水稻各組織部位Cd含量在Cd處理下主要集中于根系，各組織部位Cd含量依次為根系﹥莖﹥葉﹥糙米，這與許多報道[12-14]的結論相似，植物積累部位重金屬積累量往往小于分配部位；施鉀(C4～C6)處理下2個品種水稻糙米Cd含量均在高鉀(C6)處到達最高，川農優527為2.01mg·kg-1，Ⅱ優838為3.24mg·kg-1；而在低鉀(C4)處最低，川農優527為1.81mg·kg-1，Ⅱ優838為2.43mg·kg-1說明施低鉀條件水稻糙米Cd含量相對積累較低；低鉀(C4)條件下川農優527Cd轉運為TF根-莖為12.34%大于Ⅱ優838為12.22%，但TF莖-糙米和TF葉-糙米分別為8.50%和12.81%遠遠低于Ⅱ優838，分別為10.16%和14.75%，這與諸多研究結果[15-16]也類似，重金屬高積累植物往往有更強的轉運能力，將分配組織部分(如莖)的Cd轉運至地上部。

2.1 雜交水稻各組織Fe含量及其轉移系數

雜交水稻各組織部位Fe含量在Cd處理下主要集中于根系，各組織部位Fe含量為根系﹥地上部(莖和葉)﹥糙米，這與許多報道[17-18]一致，伴隨植物吸收Cd的同時，可能由于共用相關蛋白通道，以致Fe含量積累趨勢大體與Cd含量積累趨勢一致；施鉀(C4～C6)處理下2個品種水稻糙米Fe含量均在高鉀(C6)處到達最低分別為20.47mg·kg-1和29.03mg·kg-1，而在低鉀(C4)處最高分別為23.75mg·kg-1和33.06mg·kg-1，說明施低鉀條件水稻糙米Fe含量相對積累較高；低鉀(C4)條件下川農優527和Ⅱ優838Fe轉運TF莖-糙米和TF葉-糙米分別為5.08%、4.71%和6.77%、7.09%，遠遠高于高鉀(C6)條件下Fe轉運TF莖-糙米和TF葉-糙米分別為3.18%、3.35%和4.95%、5.72%。

2.1 雜交水稻各組織Zn含量及其轉移系數

雜交水稻各組織部位Zn含量在Cd處理下主要集中于根系，各組織部位Zn含量為根系﹥地上部(莖和葉)﹥糙米，這與許多報道[19-20]一致，同樣伴隨植物吸收Cd的同時，Zn也隨之進入植物根系并分配到植物組織部位；施鉀(C4～C6)處理下2個品種水稻糙米Zn含量均在高鉀(C6)處到達最低分別為20.05mg·kg-1和23.17mg·kg-1，而在低鉀(C4)處最高分別為24.21mg·kg-1和28.33mg·kg-1，說明施低鉀條件水稻糙米Zn含量相對積累較高；低鉀(C4)條件下川農優527和Ⅱ優838Zn轉運TF莖-糙米和TF葉-糙米分別為19.16%、19.82%和21.41%、21.29%，遠遠高于高鉀(C6)條件下Fe轉運TF莖-糙米和TF葉-糙米分別為11.51%、12.52%和13.38%、14.74%。

3 結論

(1)雜交水稻各組織部位Cd含量在Cd處理下主要集中于根系，各組織部位Cd含量依次為根系﹥莖﹥葉﹥糙米；施鉀(C4～C6)處理下2個品種水稻糙米Cd含量均在高鉀(C6)處到達最高，而在低鉀(C4)處最低，說明施低鉀條件水稻糙米Cd含量相對積累較低；低鉀(C4)條件下川農優527Cd轉運雖然TF根-莖大于Ⅱ優838，但TF莖-糙米和TF葉-糙米卻遠遠低于Ⅱ優838。

(2)雜交水稻各組織部位Fe和Zn含量在Cd處理下主要集中于根系，各組織部位Fe和Zn含量為根系﹥地上部(莖和葉)﹥糙米；施鉀(C4～C6)處理下2個品種水稻糙米Fe和Zn含量均在高鉀(C6)處到達最低，而在低鉀(C4)處最高，說明施低鉀條件水稻糙米Fe和Zn含量相對積累較高；低鉀(C4)條件下2個品種水稻Fe和Zn轉運TF莖-糙米和TF葉-糙米遠遠高于高鉀(C6)處理水平，說明農業施肥過程在保證作物正常生長條件下盡量施用低鉀水平。

(3)保證糧食食品安全生產首先選育Cd低積累水稻品種，其次施肥注意合理調控。

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