不同玉米品种对镉的吸收和转运差异性研究

不同玉米品种对镉的吸收和转运差异性研究我国局部地区耕地土壤重金属污染严重。重金属低积累作物品种能降低中轻度重金属污染耕地上农产品的重金属含量,因而其筛选具有重大意义。

玉米是我国第二大粮食作物,而我国东北镉低积累玉米品种的筛选研究报道较少。本试验选取东北地区大面积种植的18个玉米品种,在外加镉(5.0 mg·kg-1)污染土壤条件下,研究不同玉米品种对重金属镉的累积和转运差异,筛选镉低积累玉米品种,探讨土壤镉形态与玉米吸收镉之间的关系。

主要研究结果如下:(1)在对照组和试验组生物量和产量均有显著性差异。试验组和对照组不同玉米品种生物量范围分别是0.39～0.53 kg/盆、0.40～0.56 kg/盆,平均值分别是0.47 kg/盆、0.48 kg/盆。

试验组和对照组不同玉米品种产量范围分别是0.16～0.26 kg/盆、0.16～0.27 kg/盆,平均值分别是0.21 kg/盆、0.21 kg/盆。试验组相对于对照组生物量均值下降0.01 kg/盆。

产量均值基本保持不变。(2)对照组和试验组根、茎、叶、籽粒镉含量均有显著性差异,且大部分玉米品种镉含量均呈根>叶>茎>籽粒的规律。

试验组和对照组玉米根镉含量范围分别是4.80～8.76、0.054～0.150 mg·kg-1,平均值分别是7.36、0.087 mg·kg-1。试验组和对照组玉米叶镉含量范围分别是 0.30～4.15、0.029～0.062mg kg-1,平均值分别是 1.87、0.0465mg kg-1。

试验组和对照组玉米茎镉含量范围分别是0.42～1.98、0.01～0.05 mg kg-1,平均值分别是1.11、0.029 mg·kg-1。试验组和对照组玉米籽粒镉含量范围分别是0.016～0.363、0.001 7～0.003 7 mg·kg-1,平均值分别是0.144、0.002 7

mg·kg-1。

对照组玉米茎、叶和试验组3、15号品种叶镉、试验组7、12、18号茎镉含量未超过国家饲料卫生标准(GB13078-2001)(≤0.5 mg·kg-1)。对照组所有品种和试验组1、3、4、9、12、13、14、15、18号品种的籽粒镉含量未超过国家食品卫生标准(GB2762-2012)(≤0.1mg·kg-1)。

综合生物量、产量、各部位积累镉含量、富集系数、转运系数,3号(新东单16)、12号(东单60)、15号(沈禾118)、18号(富有9)品种可作为镉中轻度污染土壤上种植的优先选择品种。(3)试验组和对照组的不同玉米品种根、茎、叶、籽粒的富集系数和转运系数都有显著差异(P<0.05)。

试验组根富集系数均≥1,茎富集系数范围是<0.5,叶富集系数≤0.9,籽粒富集系数<0.1。玉米叶富集镉能力相对于茎略强,但是仍低于根积累能力,而籽粒的富集镉能力最低。

试验组茎叶转运系数<1,籽粒转运系数<0.5。(4)镉胁迫浓度(5.0 mg·kg-1)条件下,土壤镉形态中交换态和残渣态镉含量较高。

土壤交换态镉含量与玉米茎镉含量、叶镉含量、地上部镉总富集量、茎叶转运系数显著正相关。碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态与玉米各部位镉含量、地上部位相应的转运系数以及地上部总体镉含量、植株总体镉含量的相关性不显著。

残渣态含量与叶部位镉含量、籽粒镉含量、地上部总镉含量显著负相关。(5)盆栽试验筛选的镉低积累玉米品种18号、3号以及镉敏感型玉米品种6号和8号进行水培试验,发现供试玉米品种根部和茎叶部的超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和可溶性蛋白的含量随镉浓度增加先增大后减少,MDA含量随镉

浓度增加持续增大,说明镉浓度低于8 mg·L-1时,镉浓度增加的外界逆境反应促进抗氧化物酶活性的提高;镉浓度进一步升高,抑制抗氧化物酶的活性。

镉胁迫条件下,低镉玉米品种相对于镉敏感型玉米品种POD、SOD、CAT及可溶性蛋白含量更高,MDA含量更低。说明低镉玉米品种较之镉敏感型玉米品种膜脂氧化程度低,且维持更高的抗氧化酶活性,并可减少镉对细胞正常生理活动的损害。