施钾对杂交水稻Cd、Fe和Zn吸收与转运的影响

熊忠伟,廖前超,江 云

(1. 四川省凉山州盐源县农牧局，四川 盐源 615700；2.四川省南充市有机农业发展中心，四川 南充 637000)

施钾对杂交水稻Cd、Fe和Zn吸收与转运的影响

熊忠伟1,廖前超2,江 云1

(1. 四川省凉山州盐源县农牧局，四川 盐源 615700；2.四川省南充市有机农业发展中心，四川 南充 637000)

土培试验，以川农优527和II优838两个水稻品种在Cd处理不同施钾条件下，通过对水稻组织部分Cd、Fe和Zn含量以及各组织间转移系数进行对比，探讨施钾对杂交水稻Cd、Fe和Zn吸收和转运的影响，且筛选得到的低积累Cd的水稻品种，为农业上合理施用钾肥以及筛选安全有益水稻品种保证食品安全提供科学依据。研究表明：①杂交水稻各组织部位Cd、Fe和Zn含量依次为根系﹥地上部(茎和叶)﹥糙米。②施钾(C4～C6)处理下两品种水稻糙米Cd含量均在高钾(C6)处到达最高，Fe和Zn含量最低；而在低钾(C4)处两品种水稻糙米Cd含量最低，Fe和Zn含量最高。③低钾(C4)条件下川农优527和Ⅱ优838Fe转运TF茎-糙米和TF叶-糙米远远高于高钾(C6)条件，其具体有关机理有待进一步研究。

水稻；Cd；Fe；Zn ；转运

近年来，我国耕地重金属污染情况不容乐观，超过10%的土壤存在不同程度的重金属污染，其中稻田Cd 污染问题尤为突出[1]。镉(Cd)是生物体非必需元素，镉在土壤-植物-食品-人系统中的迁移是环境Cd 污染及其人类健康风险研究的重点和热点问题之一。当前，杂交水稻是我国稻米生产的主要品种。水稻是主要粮食作物之一，稻米中含有许多人体所需的矿质元素(如：Fe和Zn)，而铁( Fe)和锌(Zn)金属离子是水稻籽粒主要的微量营养元素，这些微量元素的含量与种类不仅影响水稻的生长与发育，而且还影响品质与产量的形成，对人体的健康也起到至关重要的作用。若通过合理调节杂交水稻中钾肥施用，使籽粒中 Fe、Zn 等矿质元素含量得以提高，将对人类营养和健康的改善产生巨大的影响[2]。

钾是植物必需的营养元素，也是农业生产中最常用的肥料，钾肥料施入土壤后，一方面通过对土壤性质的改变影响重金属形态和植物有效性，另一方面它能提供必需的大量营养元素保证植物正常生长，增强抗逆性，从而有效地减少植物对重金属的吸收和降低重金属对植物的毒害[3]。因此，钾肥施用会影响到作物对Cd、Fe和Zn吸收与转运。当前，有关钾与植物重金属和微量元素吸收及相互影响特征已成为研究热点[4-6]，而在施钾对杂交水稻Cd、Fe和Zn吸收和转运的影响，且怎样在合理施肥条件下保证粮食食品安全却鲜有报道，因此本文通过对川农优527和II优838这2个水稻品种在施钾条件下，对水稻各组织部分Cd、Fe和Zn含量进行对比，筛选出健康水稻品种，为农业上合理施用钾肥以及筛选安全有益水稻品种保证粮食食品安全提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验仪器

电感耦合等离子体-质谱联合(ICP-MS; Varian 820-MS, ICP Mass Spectrometer)；火焰原子吸收分光光度计(AAS)。

1.2 供试材料

供试材料为前期通过水培试验及大田试验筛选获得的川农优527(低积累型)和II优838(高积累型)[7]2个水稻品种为研究材料，生育期基本一致(150d)，均由四川农业大学水稻研究所提供。供试土壤来源于德阳市旌阳区天元镇白江村的水稻土，采集土样层度为0～20cm，土壤基本理化性质如表1所示。

1.3 试验设计

试验于2015年4～10月在四川农业大学温室内进行。水稻种子前期处理以及培育参照李冰等[8]的方法，在苗移植前30d作加Cd(CdCl2·2.5H2O)陈化处理，以及苗4叶1心前进行施肥处理，添加基肥(Ca(H2PO4)2，0.1g·kg-1土；尿素(CON2H4))，0.2g·kg-1土，同时根据水稻常规需钾含量设置钾处理浓度(KCl)，分别为：不施钾(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个钾水平。试验一共设以下6个处理：每个处理重复3次(如表2)，然后将4叶1心时的苗移植到15L装10kg土(干土重)的塑料桶中，每盆置3穴，每穴1株，每处理重复3次。移栽后分别于分藥期和孕穗期添加尿素1g作为追肥，培育期间保持2～3cm田间持水量，并按照常规管理，做好防治病虫害工作。

1.4 样品采集

于水稻成熟期后收获根、茎、叶和籽粒，鲜样取备后用液氮进行保存，而其余样品需在105℃条件下杀青30min，再将温度降至75℃烘干至恒重粉碎装袋；籽粒样品经过风干后用于制备糙米，糙米经过75℃烘干至恒重并粉碎过100目筛后装袋待测。

1.5 试验方法

1.5.1 Cd含量的测定 取新鲜样品，参照王美等[9]方法利用电感耦合等离子体-质谱联合分析测定Cd含量。

1.5.2 Fe、Zn含量的测定 将烘干至恒重的植物样品磨细参照杨江等[10]的方法用火焰原子吸收分光光度计(AAS)进行测定Fe和Zn的含量。

1.6 数据处理及分析

1.6.1 数据处理 采用SPSS19.0：进行数据处理与方差分析(LSD法)，运用Excel2013进行图表的制作。

1.6.2 数据分析 各部位Cd转移系数：TFA-B=B器官中Cd含量/A器官中Cd含量[11]。

2 结果与分析

2.1 杂交水稻各组织Cd含量及其转移系数

杂交水稻各组织Cd含量及其转移系数如表3所示，杂交水稻各组织部位Cd含量在Cd处理下主要集中于根系，各组织部位Cd含量依次为根系﹥茎﹥叶﹥糙米，这与许多报道[12-14]的结论相似，植物积累部位重金属积累量往往小于分配部位；施钾(C4～C6)处理下2个品种水稻糙米Cd含量均在高钾(C6)处到达最高，川农优527为2.01mg·kg-1，Ⅱ优838为3.24mg·kg-1；而在低钾(C4)处最低，川农优527为1.81mg·kg-1，Ⅱ优838为2.43mg·kg-1说明施低钾条件水稻糙米Cd含量相对积累较低；低钾(C4)条件下川农优527Cd转运为TF根-茎为12.34%大于Ⅱ优838为12.22%，但TF茎-糙米和TF叶-糙米分别为8.50%和12.81%远远低于Ⅱ优838，分别为10.16%和14.75%，这与诸多研究结果[15-16]也类似，重金属高积累植物往往有更强的转运能力，将分配组织部分(如茎)的Cd转运至地上部。

2.1 杂交水稻各组织Fe含量及其转移系数

杂交水稻各组织部位Fe含量在Cd处理下主要集中于根系，各组织部位Fe含量为根系﹥地上部(茎和叶)﹥糙米，这与许多报道[17-18]一致，伴随植物吸收Cd的同时，可能由于共用相关蛋白通道，以致Fe含量积累趋势大体与Cd含量积累趋势一致；施钾(C4～C6)处理下2个品种水稻糙米Fe含量均在高钾(C6)处到达最低分别为20.47mg·kg-1和29.03mg·kg-1，而在低钾(C4)处最高分别为23.75mg·kg-1和33.06mg·kg-1，说明施低钾条件水稻糙米Fe含量相对积累较高；低钾(C4)条件下川农优527和Ⅱ优838Fe转运TF茎-糙米和TF叶-糙米分别为5.08%、4.71%和6.77%、7.09%，远远高于高钾(C6)条件下Fe转运TF茎-糙米和TF叶-糙米分别为3.18%、3.35%和4.95%、5.72%。

2.1 杂交水稻各组织Zn含量及其转移系数

杂交水稻各组织部位Zn含量在Cd处理下主要集中于根系，各组织部位Zn含量为根系﹥地上部(茎和叶)﹥糙米，这与许多报道[19-20]一致，同样伴随植物吸收Cd的同时，Zn也随之进入植物根系并分配到植物组织部位；施钾(C4～C6)处理下2个品种水稻糙米Zn含量均在高钾(C6)处到达最低分别为20.05mg·kg-1和23.17mg·kg-1，而在低钾(C4)处最高分别为24.21mg·kg-1和28.33mg·kg-1，说明施低钾条件水稻糙米Zn含量相对积累较高；低钾(C4)条件下川农优527和Ⅱ优838Zn转运TF茎-糙米和TF叶-糙米分别为19.16%、19.82%和21.41%、21.29%，远远高于高钾(C6)条件下Fe转运TF茎-糙米和TF叶-糙米分别为11.51%、12.52%和13.38%、14.74%。

3 结论

(1)杂交水稻各组织部位Cd含量在Cd处理下主要集中于根系，各组织部位Cd含量依次为根系﹥茎﹥叶﹥糙米；施钾(C4～C6)处理下2个品种水稻糙米Cd含量均在高钾(C6)处到达最高，而在低钾(C4)处最低，说明施低钾条件水稻糙米Cd含量相对积累较低；低钾(C4)条件下川农优527Cd转运虽然TF根-茎大于Ⅱ优838，但TF茎-糙米和TF叶-糙米却远远低于Ⅱ优838。

(2)杂交水稻各组织部位Fe和Zn含量在Cd处理下主要集中于根系，各组织部位Fe和Zn含量为根系﹥地上部(茎和叶)﹥糙米；施钾(C4～C6)处理下2个品种水稻糙米Fe和Zn含量均在高钾(C6)处到达最低，而在低钾(C4)处最高，说明施低钾条件水稻糙米Fe和Zn含量相对积累较高；低钾(C4)条件下2个品种水稻Fe和Zn转运TF茎-糙米和TF叶-糙米远远高于高钾(C6)处理水平，说明农业施肥过程在保证作物正常生长条件下尽量施用低钾水平。

(3)保证粮食食品安全生产首先选育Cd低积累水稻品种，其次施肥注意合理调控。

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