混植法鑒定鎘低積累水稻品種初探

摘 要：研究以早、晚稻各4個品種為材料，以區試方法為對照，設計了品種兩兩混植的單行法和半行法進行驗證評價。結果表明：區試鑒定早、晚稻4個品種鎘積累特性比較分別為E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2，相同品種間數據重復性僅為16.67%；混植法早稻鑒定結果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為E2>E1>E3>E4，相同品種間數據重復性僅為20.83%；混植法晚稻鑒定結果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為L4>L1>L3>L2，相同品種間數據重復性僅為12.5%；區試結果與混植法結果存在差異。田間微小環境差異嚴重影響水稻鎘積累評價，同一片大田中同一品種不同重復處理檢測結果之間重復性差，國家水稻品種區試及生產試驗實施方案鑒定鎘低積累水稻品種有一定局限，鎘積累特性的評價應建立在細化試驗單元、加密對照、就近比較的原則上。

關鍵詞：水稻；鎘低積累；鑒定；方法

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）04-0017-04

Abstract：Four varieties of early and late rice were used as the materials， and the method of regional test was taken as the control. A single row method and a half row method were used for verification and evaluation of cultivar mixed planting. The results showed that the characteristics of cadmium accumulation in 4 early and late rice varieties were compared to E3 > E1 > E4 > E2， L4 > L1 > L3 > L2， and the reproducibility of data among the same varieties was only 16.67%； identification results of early rice with mixed planting method showed that the half row method was consistent with the single row method. The characteristic of cadmium accumulation was E2>E1>E3>E4， and the repeatability of the same varieties was only 20.83%. Identification results of late rice with mixed planting method showed that the half row method was consistent with the single row method. The characteristic of cadmium accumulation was L4>L1>L3>L2， and the repeatability of the same varieties was only 12.5%. The results of the regional test were different from the results of the mixed method. The microenvironment difference in field seriously affected the evaluation of cadmium accumulation in rice， the repeatability of the same variety in the same field was poor， the National Rice Variety Regional trial and production trial implementation plan identified that cadmium low accumulation rice varieties had certain limitations， the evaluation of cadmium accumulation characteristics should be based on the principle of refined test unit， encryption contrast and near comparison.

Key words：rice； low cadmium accumulation； identification； methods

近年來，農田土壤及稻米中重金屬污染形勢日趨嚴峻[1-2]，選育鎘低積累水稻品種成為解決稻米鎘污染的重要途徑[3-4]。目前，對水稻品種的鎘積累特性評價多處于實驗室階段，常采用盆播法等小規模的栽培模式，缺乏大田試驗，難以完整有效評價大田環境下水稻品種對鎘的吸收與積累，所獲結果難以指導實際稻米生產。探索科學有效的大田鑒定水稻品種鎘積累特性的試驗方法是保障鎘低水稻品種篩選和選育的關鍵。現有的大田鑒定方法沿用《農作物品種區域試驗技術規范 水稻》（NY/T 1300—2007）：試驗在同一田塊進行，完全隨機區組排列，3次重復，小區長方形，長∶寬為2∶1～3∶1，小區面積13.3 m2，鑒定的指標為育種關注的產量、品質、抗性等常量指標，對微量乃至痕量的重金屬積累作用的欠缺完善的評價。水稻鎘積累特性是水稻品種基因型[5-8]與土壤鎘分布[9-10]、pH[11-13]、水分[14-16]等綜合因素共同作用的結果。大田環境中，試驗田土壤鎘含量分布的不均勻、土壤pH值及有機質含量的差異、灌漿期土壤水分差異等狀況，會使同一品種在同一丘試驗田不同位置的鎘積累值差異顯著，鑒定結果呈現一定的隨機性。

篩選農作物優良品種通常有2種方法，一是優選法，即優中選優；二是對照法，即篩選比對照優良的品種。水稻鎘低積累品種鑒定，可用采用2種方法結合，優選法篩選對照品種，鑒定品種和對照品種混植篩選低鎘品種。優選標準的確定、對照的選擇、待鑒定品種與對照種植模式的選擇等條件成為影響鎘低積累水稻品種篩選與鑒定的重要因素。研究擬在大田區域試驗，在充分考慮待試水稻品種特性的基礎上，探索適合大田環境的準確鑒定鎘低積累水稻品種的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗田的選取

1.1.1 土壤類型 湖南省水稻土為411.41萬hm2，占全省土壤總面積的16.5%，廣泛分布于湖南省平原、丘陵和山區，是湖南省主要的農業土壤資源之一，其中，成土母質為第四紀紅土發育的紅壤類型的水稻土占全省水稻土的51%[17]。試驗田選擇第四紀紅土發育的紅土紅壤類型水稻土。

1.1.2 土壤鎘濃度 目前，湖南省水稻土鎘污染大部分處于中低度污染重，研究選擇中低度鎘污染區域開展試驗，即鎘濃度為0.30～0.60 mg/kg（GB15618—1995）。

1.1.3 土壤pH值 鎘在土水體系中的遷移是一快反應過程，pH值6以下被吸附的鎘中，生物有效態鎘量隨pH值的升高而增加，pH值6以上被吸附的鎘中，生物有效態鎘量隨pH升高而降低。湖南省水稻土酸化情況較為嚴重，大部分鎘污染水稻土pH值在5～6.8之間，試驗選擇pH值6左右的水稻土為宜。

綜合上述影響水稻鎘吸收的土壤因素，試驗于2016年3～10月在湖南省水稻研究所示范基地（28°12′22.02″ N，113°04′55.62″ E）進行，土壤類型為第4紀紅土發育的紅壤，耕作層約40 cm，土壤pH值5.3，總鎘0.367 mg/kg。

1.2 試驗品種

試驗品種分為兩組：早稻試驗和晚稻試驗，早晚稻各4個品種。早稻：株兩優819（E1）、鎘試32（E2）、湘早秈45號（E3）和中嘉早17（E4），E1、E3和E4是湖南省2015～2016年間湖南省認定的低鎘積累品種，E2為研究組新選育的早稻低鎘組合；晚稻：岳優9113（L1）、66S/R9113（L2）、66S/R207（L3）和湘晚秈12號（L4），L1是國審及湖南省品種審定對照品種，L2和L3是研究組新選育的晚稻低鎘組合，L4是湖南省認定的第一批晚稻低鎘品種。

1.3 試驗方法

1.3.1 一般鑒定試驗法 完全隨機區組排列，早晚稻各4個品種、3次重復、2行共計16株。早稻移栽密度為16.7 cm×20.0 cm，小區間留走道40 cm，重復間留走道50 cm；晚稻移栽密度為20.0 cm×20.0 cm，小區間、各重復間留走道均為40 cm。取樣時，同一品種前后2株混合，舍棄起始兩行排除邊際效應。

1.3.2 混植法 混植法試驗與一般鑒定試驗方法在同一田塊進行，4個品種兩兩混植，共6個處理。種植密度及走道設置同一般鑒定試驗方法。試驗設兩種混植模式，A模式為單行法，即每品種各1行，每行8株；B模式為半行法，即兩個品種一行共8株，每個品種各連續4株，雙行交叉。取樣時，同一品種前后2株混合，舍棄起始兩行排除邊際效應。

1.4 試驗管理

試驗田整平，按移栽規格用劃行器劃行，然后按試驗設計插好標簽。移栽時于走道操作，移栽小區用走道泥土回填平整，減小田間誤差。試驗移栽由1人完成，以防插錯。每品種寄插20株左右用于補蔸，補蔸在移栽后約10 d完成。農事活動走各重復間走道，肥水管理與大面積水稻生產相同，成熟后期不灌水。

1.5 取樣及檢測

試驗品種成熟后取樣，樣品曬干后送湖南省食品測試分析中心檢測，檢測標準為食品安全國家標準（GB/T 5009.15）。

2 結果與分析

2.1 檢測結果

2.1.1 一般鑒定試驗方法檢測結果 一般鑒定試驗方法檢測結果見圖1和圖2。從早稻檢測結果的平均值來看，4個品種均表現為鎘積累嚴重超標（GB 2762—2012；0.2 mk/kg），鎘積累特性的大小為E3>E1>E4>E2；K-S檢驗表明4個品種檢測數據符合正態分布；4個早稻品種3次重復進行兩兩相關性檢驗，僅有2組檢測結果重復性較好（P<0.05），重復性較好的數據頻率占總相關性檢測數的16.67%。

從晚稻檢測結果的平均值來看，4個品種鎘積累稍有超標，鎘積累特性的大小為L4>L1>L3>L2，K-S檢驗表明4個品種檢測數據符合正態分布。4個晚稻品種3次重復進行兩兩相關性檢驗，數據都不具有重復性。

2.1.2 混植法檢測結果 混植法檢測結果見圖3和圖4。早稻：從單行法檢測結果均值來看，4個品種均表現為鎘積累嚴重超標，鎘積累特性大小為E2>E1>E3>E4，且半行法檢測結果4個品種積累特性與單行法一致；K-S檢驗表明各重復中檢測數據符合正態分布；分別對單行法和半行法中同一品種不同重復相關性分析可發現，僅有5組檢測數據具有重復性，占總數據量的20.83%。

晚稻：從單行法檢測結果均值來看，4個品種鎘積累稍有超標，鎘積累特性大小為L4>L1>L3>L2，且半行法檢測結果4個品種積累特性與單行法一致；K-S檢驗表明各重復中檢測數據符合正態分布；分別對單行法和半行法中同一品種不同重復相關性分析可發現，僅有3組檢測數據具有重復性，占總數據量的12.5%。

2.2 分 析

從上述結果可以看出，早稻鎘超標情況較晚稻更為嚴重，試驗年份早稻灌漿期成熟期遭遇田間持續干旱、晚稻灌漿期成熟期雨水充沛，田間水分充足可能是造成早稻超標較晚稻嚴重的主要原因。

一般鑒定試驗方法檢測結果與混植法檢測結果在對品種鎘積累特性的鑒定上有明顯差異，一般鑒定方法支持E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2，兩種混植法都支持E2>E1>E3>E4、L4>L1>L3>L2。對同一品種不同重復的檢測結果顯示，雖然所有重復處理的數據呈正態分布，但不論是一般鑒定試驗方法還是兩種混植法，各樣品重復處理的檢測結果很難具備重復性。同一片大田環境中的不同重復間檢測結果差異較大，田間環境及取樣距離是造成數據重復性差的主要原因。田間重金屬鎘含量相對水稻生長所需要的大量元素來說極其微小，田間灌溉水徑流、田間土壤微環境結構差異等因素能造成同一大田環境下不同微環境中鎘含量的巨大差異，取樣距離稍遠，植株生長的微環境中鎘濃度可能相差差異，從而影響水稻對鎘的積累。

3 結論與討論

試驗結果表明，區試鑒定早、晚稻4個品種積累特性比較分別為E3>E1>E4>E2、L4>L1>L3>L2，相同品種間數據重復性僅為16.67%；混植法早稻鑒定結果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為E2>E1>E3>L4，相同品種間數據重復性僅為20.83%，；混植法晚稻鑒定結果半行法與單行法一致，鎘積累特性大小為L4>L1>L3>L2，相同品種間數據重復性僅為12.5%；區試結果與混植法結果存在差異。

近年來，以稻米鎘污染為典型的農產品重金屬污染越來越受到人們關注，篩選和選育在中低濃度重金屬污染土壤環境中亦能達標的作物新品種是解決農產品重金屬污染的主要途徑。但無論在省級審定還是國家審定過程中，品種重金屬積累特性評價體系都有待建立。

在評價試驗品種的豐產性、穩產性、適應性等特性時，通常將待鑒定品種與對照隨機混植，設置多次重復，在檢驗點時期對待鑒定品種和對照品種抽樣檢測。這些待評價品種的特性，如豐產性，受田間水肥影響較大，肥料元素在土壤中為大量元素（N：140～225 mg/kg；P：57～100 mg/kg；K：106～150 mg/kg），田間微環境對肥料濃度影響較小，故在保障田間水肥大體一致的情況下，豐產性特征具有良好可重復性。

重金屬元素在土壤中是微量元素（Cd：0.20～0.60 mg/kg；Hg：0.15～1.0 mg/kg；As：15～30 mg/kg），濃度與大量元素相比呈幾何數量級倍數差異，且其濃度容易受氣候、土壤環境、插植時人工操作等多方面因素的顯著影響。精確評價品種重金屬積累特性是篩選和選育重金屬低積累新品種的關鍵所在。較以往而言，評價品種的重金屬積累特性時，不宜簡單照搬現有的品種特性評價方法，應更加細分試驗單元，加密對照，就近比較，在盡可能相似的微環境中同時對待評價品種和參照品種進行評價，減少田間微環境差異帶來的評價偏差，同時，評價品種重金屬積累特性應建立在標準化、自動化試驗平臺的基礎上。

參考文獻：

[1] 甄燕紅，成顏君，潘根興，等. 中國部分市售大米中Cd、Zn、Se的含量及其食物安全評價[J]. 安全與環境學報，2008，8（1）：l19-122.

[2]魏益民，魏 帥，郭波莉，等. 含鎘稻米的分布及治理技術概述[J]. 食品科學技術學報，2013，31（2）：1-6.

[3]詹 杰，魏樹和，牛榮成. 我國稻田土壤鎘污染現狀及安全生產新措施[J]. 農業環境科學學報，2012，31（7）：1257-1263.

[4]劉利成，劉三雄，黎用朝，等. 水稻鎘積累與調控研究進展[J]. 中國農學通報，2016，32（24）：1-5.

[5]朱智偉，陳銘學，牟仁祥，等. 水稻鎘代謝與控制研究進展[J]. 中國農業科學，2014，47（18）：3633-3640.

[6]周 全，王 宏，張迎信，等. 不同鎘濃度處理下水稻植株鎘含量變化及其鎘調控相關基因表達分析[J]. 中國水稻科學，2016，30（4）：380-388.

[7]張標金，羅林廣，魏益華，等. 不同基因型水稻鎘積累動態差異分析[J]. 中國農學通報，2015，31（9）：25-30.

[8]楊春剛，廖西元，章秀福，等. 不同基因型水稻籽粒對鎘積累的差異[J]. 中國水稻科學，2006，20（6）：660-662.

[9]張建輝，王芳斌，汪霞麗，等. 湖南稻米鎘和土壤鎘鋅的關系分析[J]. 食品科學，2015，36（22）：156-160.

[10]廖啟林，劉 聰，王 軼，等. 水稻吸收Cd的地球化學控制因素研究——以蘇錫常典型區為例[J]. 中國地質，2015，42（5）：1621-1632.

[11]潘 楊，趙玉杰，周其文，等.南方稻區土壤pH變化對稻米吸收鎘的影響[J]. 安徽農業科學，2015，43（16）：235-238.

[12]易亞科，周志波，陳光輝. 土壤酸堿度對水稻生長及稻米鎘含量的影響[J]. 農業環境科學學報，2017，36（3）：428-436.

[13]王麗紅，孫 飛，陳春梅，等. 酸化土壤鋁和鎘對水稻幼苗根系生長的復合影響[J]. 農業環境科學學報，2013，32（12）：2511-2512.

[14]鄒佳玲，辜嬌峰，楊文瞍，等. 不同pH值灌溉水對土壤Cd生物有效性及稻米Cd含量的影響[J]. 環境科學學報，2016，7（15）：1508-1514

[15]葛 瀅，黃丹丹，周權鎖. 添加有機物料對淹水土壤Cd活性的影響機制[J]. 中國環境科學，2009，29（10）：1093-1099.

[16]劉昭兵，紀雄輝，彭 華，等. 水分管理模式對水稻吸收累積鎘的影響及其作用機理[J]. 應用生態學報，2010，21（4）：908-914.

[17]張楊珠，周 清，黃運湘，等. 湖南土壤分類的研究概況與展望[J] 湖南農業科學，2014，（5）：1-34，38.

（責任編輯：肖彥資）