不同水稻类型对镉的耐性、累积性与转运性质研究

不同水稻类型对镉的耐性、累积性与转运性质研究
张磊;杨惟薇;张超兰;刘宛茹;黎晓峰;曹建华;潘丽萍
【摘要】通过水稻苗期水培方法,以相对生物量、植株Cd累积量和Cd转移系数为指标,研究广西当前主要种植的超级稻、杂交稻和常规稻(共10个水稻品种)的耐镉特性.结果发现,5 mg· L-1Cd胁迫下,不同品种水稻对Cd的耐性、累积性和转运能力方面存在较明显的差异.通过聚类分析发现,常规稻野丝占和玉丝占的耐镉特性优子杂交稻和超级稻.表明水稻耐镉特性与水稻类型存在一定关系,对丰富水稻耐镉的相关信息,有针对性的进行耐Cd水稻品种的筛选有积极意义.
【期刊名称】《西南农业学报》
【年(卷),期】2013(026)006
【总页数】4页(P2185-2188)
【关键词】水稻类型;水培;镉;耐性;累积性;转移系数
【作者】张磊;杨惟薇;张超兰;刘宛茹;黎晓峰;曹建华;潘丽萍
【作者单位】广西大学,广西南宁530004;国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;广西大学,广西南宁530004;广西大学,广西南宁530004;广西大学,广西南宁530004;广西大学,广西南宁530004;国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;广西大学,广西南宁530004
【正文语种】中文
【中图分类】S511
镉(Cd)是一种广泛存在于自然环境中的重金属元素。

水、空气和土壤中的镉通过多种途径被动植物吸收，经食物链危害人体健康? 其中土壤镉通过农作物富集是其中的重要途径。

广西部分地区矿业开采后导致镉在土壤中富集［1～3］；另一方面
桂北岩溶地区自然形成的石灰性土壤镉背景值较其他类型土壤更高［4］。

水稻是广西主要的粮食作物，对镉有较强的吸收能力。

因此广西较其他地区存在更高的粮食镉含量超标风险，针对广西本地区选择适合的耐镉低累积水稻品种，意义重大。

国内外对水稻耐镉特性研究主要集中在不同水稻品种的差异上，而对水稻类型差异的研究较少，同时不同学者的研究结果也存在差异和矛盾。

王凯荣等［5］研究发现杂交稻比常规稻有更强的镉累积性。

但仲维功等［6］的研究结果表明，精米对镉的富集能力依次为：常规籼稻＞杂交籼稻＞常规粳稻。

研究结果不同主要原因可能在于不同研究对水稻品种样本的选择和试验条件的控制不同。

我国水稻品种丰富，全国统一开展水稻耐镉性质研究并不现实，而较为合理的研究方式是有针对性的选择本地区当前主要种植的水稻品种进行水稻耐镉性质的相关研究。

本研究有针对性的选择广西当前主要种植的3 种类型水稻(涉及10 个水稻品种)，采用水培法，研
究Cd胁迫下各水稻品种对Cd 的耐性、累积特性与转运能力及水稻类型与水稻耐Cd 特性的关系，以期为进一步筛选适合广西种植的、具有对镉高耐性和低累积性的水稻品种提供理论依据。

表1 木村B全营养液配方Table 1 The ingredient of Kimura solution B
1 材料与方法
1.1 试验材料
研究于2012 年5 月在广西大学农学院教学实验基地网室中进行。

选择广西常植
的10 个水稻品种，包括杂交稻：特优009、T优2155、中浙优8 号、特优63、中优679、特优922、Y2 优；超级杂交稻：中浙优1 号；常规稻：玉丝占·野丝占。

稻种选购于南宁市农资市场。

营养液采用木村B营养液(配方如表1 所示)。

Cd 选用分析纯CdCl2·2.5H2O。

1.2 试验方法
1.2.1 育苗水培容器为6 L方形塑料盆，表面做遮光处理。

稻种经浸泡、消毒、催芽后，播于有30 孔的苗盘上，每孔播种2 粒。

秧苗用pH为5.5 的1/4木村B营养液培育。

1.2.2 镉胁迫试验待水稻苗育至3 叶1 心时，去除长势不一致的稻苗，每孔保留一株，进行Cd 胁迫处理。

试验过程采用1/2 木村B营养液(为促进水稻生长，营养液中加入200 mg·L-1 Na2SiO3)，调pH为5.5，Cd 以CdCl2·2.5H2O调配的母液形式加入，设置浓度为5 mg·L-1(根据余飞宇［7］的相关研究确定)，每个品种同时设置不加Cd 的空白对照，3次重复，随机排列。

每天调节pH，每2 d 更换1 次营养液，处理后第7 天收获。

收获时，每个重复随机选择长势均匀的20 株幼苗·根部用自来水冲洗后经去离子水漂洗，然后用20 mmol·L-1 EDTA-Na2交换根表吸附的Cd 20 min，再用去离子水洗净，吸水纸吸干·将植株分为地上部和地下部，105 ℃杀青30 min，65 ℃烘至恒重，称干重，磨碎过60 目待测。

1.2.3 样品Cd 含量的测定植株地上部、地下部样品磨碎后采用浓H2SO4-H2O2湿法消化，消煮液中的Cd 含量采用原子吸收分光光度计(岛津AA-6300C)测定。

1.3 数据统计与分析
采用Excel2007 和SPSS18.0 软件对数据进行统计分析和聚类分析。

采用Ward 法进行聚类分析，样本间采用欧式距离。

相对生物量(RB%)=(Cd 胁迫下水稻干重/CK水稻干重)×100；转移系数(S/R)=地上部Cd含量/地下部Cd 含量；水稻Cd 累积量=水稻Cd 含量×Cd 胁迫下水稻干重。

2 结果与分析
2.1 镉胁迫对水稻生物量的影响
镉胁迫下，不同品种水稻生物量存在显著差异(图1)。

从图1 可以看出，不同水稻品种地上部和地下部的生物量存在明显的种间差异。

其中杂交稻中优679、特优63、中浙优8 号和超级稻中浙优1 号地上部生物量较大，杂交稻中优679、特优63 和Y2优地下部生物量较大；常规稻野丝占和玉丝占地上部和地下部生物量都较小。

Cd 胁迫下，各品种地上部生物量和地下部生物量都较对照明显降低，说明Cd 对水稻生长产生了一定的抑制作用。

其中，地上部受到影响最大的是中浙优8 号，生物量降低了25.6%；地下部受到影响最大的是中优679，生物量降低了34.7%。

水稻相对生物量(Relative Biomass)是体现水稻对Cd 耐性的一个重要指标。

由图2 可知，Cd 胁迫下，不同水稻品种生长受抑制程度不同。

其中，杂交稻种特优009 相对生物量为96.2%，其生长受到Cd 影响最小，耐性最强。

而超级杂交稻中浙优1号、常规稻野丝占和杂交稻中优679 受Cd 的抑制程度较大，相对生物量分别为77.8%、77.8%和72.4%。

可以看出，杂交稻耐Cd 能力普遍较强。

2.2 不同水稻对Cd 的累积量差异
图1 Cd胁迫对水稻苗期生物量的影响Fig.1 The effect of Cd on rice seedling biomass
图2 Cd对水稻相对生物量的影响Fig.2 The effect of Cd on the relative biomass of rice seedling
水稻对Cd 的累积能力与水稻的生物量及其对Cd 吸收能力密切相关。

由图3 可以看出，在5 mg·L-1 Cd 胁迫下，不同水稻品种累积Cd 的能力依次为：Y2 优＞特优009 ＞中优679 ＞特优63 ＞T优2155 ＞中浙优8 号＞特优922 ＞中浙优1 号＞野丝占＞玉丝占。

总体来说，在所选试验品种中，常规稻累积Cd 的量最低，其次是超级杂交稻，杂交稻累积Cd 量最高。

其中杂交稻Y2 优对Cd 累积能力最
强，达91.85 μg·株-1，常规稻玉丝占Cd 累积量最低，为53.67 μg·株-1。

2.3 不同水稻对Cd 的吸收和转移
地上部和地下部Cd 含量的比值(转移系数S/R)是衡量水稻对Cd 分配和转移能力
的重要指标。

由表2 可知，5 mg·L-1 Cd 胁迫下，水稻地上部Cd含量在
133.19～286.39 mg·kg-1 之间。

其中特优009 地上部Cd 含量最高，达到
286.39 mg·kg-1，Y2优含量最低，为133.19 mg·kg-1。

地下部Cd 含量在852.31～1195.80 mg·kg-1之间；其中T优2155地下部Cd 含量最低，野丝占
含量最高。

转移系数方面，总体来看，常规稻转移系数普遍低于杂交稻和超级稻。

其中T优2155 转移能力最强，转移系数为0.34；Y2 优最弱，转移系数仅为0.12，说明其吸收的的Cd 大部分截留在地下部。

图3 不同水稻品种的镉累积量Fig.3 The accumulation of Cd in different kinds of rice
2.4 不同水稻耐Cd 特性的聚类分析
以相对生物量、植株Cd 累积量和Cd 转移系数作为分类依据。

通过聚类分析(图4)发现，水稻耐Cd 特性与水稻类型存在紧密关系。

种间距离越远，说明品种间在耐Cd 特性上的差异越大。

常规稻、超级稻与杂交稻在耐Cd 特性上存在明显差异。

将10 种水稻大致分为4 个类型，如表3 所示：常规稻野丝占和玉丝占的耐性较好，累积性低，转移能力差，是耐Cd 特性好的稻种；杂交稻T优2155、中浙优8 号耐性较差，累积性高，转移能力强，是耐Cd 特性差的品种；超级稻中浙优8 和杂交稻特优922 耐性较差，但累积量和转移系数都较低；杂交稻中优679，特优63，Y2 优，特优009 虽然耐性好、转系性差，但植株Cd 累积量最高，平均达到了89.20 μg·株-1。

3 讨论与结论
5 mg·L-1Cd 胁迫对本试验水稻品种生物量都产生了明显抑制作用，但抑制程度不
同，一般来说杂交稻的耐性较好。

Cd 胁迫下，不同水稻对Cd 的累积量不同，常规稻因为生物量较小且体内Cd 含量较低，其Cd 累积量明显低于杂交稻，这与王凯荣［5］、吴启堂［8］等人的研究结果相似。

除Y2 优外，其他杂交稻品种在Cd 胁迫下的转运系数都高于常规稻。

表2 Cd胁迫下不同稻种地上部、地下部Cd含量和转移系数Table 2 The content of Cd in shoots and roots and the translocation factor in different kinds of rice under Cd stress
表3 不同稻种的耐Cd特性分类Table 3 Cd tolerance characteristics classification of different kinds of rice
图4 Ward法对水稻耐镉特性分类Fig.4 Cd tolerance characteristics clustering to all kinds of rice by Ward
研究发现，Cd 胁迫下，水稻对Cd 的累积和分配能力与对Cd 的耐性在表现上关系不密切? Cd 累积性和转移能力较差的品种如玉丝占对Cd 的耐性较好，而某些Cd 累积性和转移能力较高的品种如特优009、T优2155 同样具有较好的Cd 耐性? 主要原因可能有以下两方面：水稻生物量和体内Cd 含量决定水稻对Cd 的累积量，由于基因型差异，不同水稻所表现出的生物量性状、Cd 胁迫下生物量的降低程度和对Cd 的吸收性状不同，本研究中的杂交稻生物量、Cd 胁迫下生物量降低程度和对Cd 的吸收能力一般大于常规稻，从而使杂交稻的Cd 累积量大于常规稻；另外，植物存在多种对Cd 的耐性机制，包括地下部截留和地上部特殊位点结合［9～11］，有些水稻可能以地下部截留为主要耐Cd 机制，以地上部特殊位点结合为次要机制，有些水稻品种可能反之，这导致了水稻体内不同部位Cd 含量的差异。

正是由于水稻的基因型差异和不同耐Cd 机制的作用程度差异导致了不同稻种耐Cd 特性的不同。

通过聚类分析发现，水稻类型与水稻耐Cd 特性存在一定关系，常规稻的耐Cd 特性普遍优于杂交稻和超级杂交稻。

本试验采用的是苗期水培的方法，结果在一定程度上反映了稻种的耐Cd 能力，但所选水稻在其全生育期是否持续保持优良耐Cd 特性，以及稻种苗期耐Cd 特性是否能反映在稻米Cd 含量中，都值得进一步研究。

本试验水稻地下部Cd 含量普遍较高，可能与营养液中Si的加入有关，史新慧等［12］研究表明施硅可改变Cd
在水稻地上部和地下部的分配比例，抑制Cd 向地上部运输，从而降低Cd 对地上部的毒害；黄秋婵等［13］研究发现随硅浓度增加，Cd 含量转移系数减小。

因此，营养液中高浓度的Si可能是水稻地下部Cd 含量较高的原因。

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