6个适合广西种植的水稻品种对镉的累积差异

唐云舒++刘杰 卜永辉+滕云

摘要：水稻对镉的富集存在显著的品种差异。在土壤镉高背景值区，如果盲目种植容易引起健康风险。采用盆栽试验研究广西常见的6个水稻品种（丰源优219、深优957、宜香305、桂丝粘、中广香1号、百香139）对镉的累积差异。结果表明，在高镉（0.43 mg/kg）背景值土壤中，6个品种的水稻糙米镉累积水平差异显著，糙米镉浓度大小依次为中广香1号<深优957<丰源优219<百香139<桂丝粘<宜香305。其中，桂丝粘、宜香305糙米镉浓度是国家食品标准临界值的2.35、2.50倍，存在较大的健康风险。中广香1号糙米对镉的累积最低，为（0.16±0.03）mg/kg，且显著低于其他品种（P<0.05），按推算该品种糙米镉浓度满足食品安全要求不影响人体身体健康。由于中广香1号与其他5个品种比较，产量无显著差异，糙米对土壤镉的富集系数最低。可见，中广香1号是比较适合广西镉高背景值区种植的低累积品种。

关键词：广西；镉；水稻；累积；品种

中图分类号： 6文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）04-0052-03

镉是毒性最强的重金属污染物之一，对人的肾脏、肝脏和骨骼均有很大危害[1-2]。同时，镉在环境中具有较大迁移性，容易通过土壤—植物系统进入食物链威胁人体健康。水稻是易于富集镉的农作物。据调查，一些大米中的镉浓度甚至超过粮食卫生标准的十几倍[3]。目前，大米中镉浓度超标的问题已成为我国粮食安全领域关注的焦点[4]。

大量研究表明，不同水稻品种对镉积累存在较大差异。Liu等的研究表明，不同品种水稻籽粒对镉的累积存在显著差异[5-6]。Yu等对43个水稻品种的镉累积性进行了研究，发现不同品种水稻籽粒中的镉浓度最大相差7.3倍[7]。因此，研究者普遍认为在轻度污染区，通过选育镉低积累水稻品种可以将籽粒中的镉浓度控制在允许范围内[8]。

广西是我国土壤镉污染问题突出的区域之一。据统计，农田土壤镉的点位超标率为49.9%，其中轻度和轻微污染比例占一半以上[9]。一些地区属于典型的土壤镉高背景值[10]。然而，目前广西在水稻种植上存在盲目性，缺乏对现有水稻品种镉累积性的安全评价，这大大地增加了大米中镉浓度超标的风险。因此，必须对适合广西种植的水稻品种进行镉累积特性研究，指导种植品种的选择，保障生产食用安全的大米。

本研究选取丰源优219、深优957、宜香305、桂絲粘、中广香1号、百香139等6个广西经常种植的水稻品种，进行镉吸收和累积差异研究，甄别高风险品种，筛选镉累积品种，为镉高背景值区合理科学地种植水稻、避免水稻镉摄入的健康风险提供科学依据。

1材料与方法

1.1供试材料

本试验供试土壤为水稻土，采自广西灵川县农田，其基本理化性质为：pH值5.6、有机质浓度20 g/kg、全氮浓度 1.8 g/kg、速效磷浓度5.8 mg/kg、速效钾浓度89.6 mg/kg、总镉浓度0.43 mg/kg。据宋波等的研究结果[10]可知，桂林地区土壤镉浓度为0.056～1.190 mg/kg，算术平均值为 0.468 mg/kg，85.7%的耕地土壤镉浓度超标。因此，本试验选择的土壤具有一定的代表性。试验所采用水稻种子为市场购买种子，其中杂交水稻品种包括丰源219、深优957、宜香305，常规水稻品种包括桂丝粘、中广香1号、百香139。采用育秧盘在培养箱内育秧，秧龄20 d，选择长势一致的秧苗进行移栽培养。

1.2盆栽试验设计

土壤自然风干并过10目筛，采用直径25 cm、高30 cm的塑料桶装5.0 kg土壤。移栽前1 d加入基肥并混匀：以NH4NO3作为氮肥，0.65 g/盆；以NaH2PO4作为磷肥，1.50 g/盆；以K2SO4作为钾肥，0.90 g/盆；以Na2SiO3作为硅肥，1.00 g/盆，并保持1～2 cm水层浸泡。移栽后第10天按3.75 g/盆追加NH4NO3作为氮肥，种3株/盆，每个处理3次重复。穗肥按3.00 g/盆NH4NO3施入、按0.50 g/盆K2SO4追施钾肥。施肥所用化学试剂均为分析纯，全程常规水分管理。本试验中水稻于2014年8月13日播种。

1.3样品测试及分析方法

成熟期取样，记录水稻有效分蘖数、株高及籽粒净质量。土壤样品自然风干、研磨，过100目筛后用于分析，植物样品分为糙米、根、茎、叶4个部分，糙米记录鲜质量及干质量。水稻样品先用自来水冲洗干净，其中根部采用超声波清洗 2 min，再用去离子水冲洗3次，放入恒温烘箱内105 ℃杀青30 min，然后80 ℃烘干24 h至恒质量，记录各部分干样品质量，磨碎。植物样品用HNO3+HClO4消解（4 ∶[KG-*3]1，体积比），消解液定容后用火焰原子吸收分光光度计（PEAA-700）测定镉浓度。

土壤样品采用GB/T 17141—1997《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度计法》进行土壤中总镉浓度的测定。

1.4计算方法

[JZ]组织镉累积量=组织镉浓度×组织干物质量；

[JZ]各组织镉对糙米的转运因子=糙米镉浓度/各组织浓度。

[JZ]糙米对土壤镉富集系数=糙米镉浓度/盆栽土壤镉浓度。

1.5数据处理及分析

采用Excel和SPSS 18.0软件对数据进行差异性分析和相关性分析，Origin 8.5.1软件作图。

2结果与分析

2.1各水稻在试验土壤中种植糙米镉累积差异

试验表明，成熟期6个水稻品种糙米镉浓度大小依次为：中广香1号<深优957<丰源优219<百香139<桂丝粘<宜香305（表1）。其中，糙米镉浓度最低的为常规水稻中广香1号，为（0.16±0.03）mg/kg，且其与其他水稻品种的糙米镉浓度比较均在0.05水平上差异显著。6个水稻品种中仅中广香1号糙米镉浓度低于食品安全国家标准中（GB 2762—2012《食品中污染物限量》）规定的0.20 mg/kg的限量值，其余5个水稻品种糙米检测镉浓度均高于此标准。其中，糙米镉浓度最高的水稻品种是宜香305，其糙米镉浓度为 （0.50±0.03）mg/kg，是国家食品标准临界值（0.20 mg/kg）的2.50 倍，存在较大的健康风险。

比较图1中6个水稻品种糙米对土壤镉富集系数可看出，宜香305、桂丝粘和百香139的糙米镉富集系数均高于 1.0，分别为1.67±0.12、1.55±0.04、1.39±0.25，说明这3个水稻品种的糙米对土壤镉有富集作用。另外，中广香1号糙米镉富集系数最低，为0.54±0.09，且与其他品种在0.05水平上差异显著，即6个水稻品种中，中广香1号对土壤镉的富集能力最低。

2.2各水稻在试验土壤中种植水稻各组织镉累积量差异及其对糙米镉浓度的影响[HT]

知，6个水稻品种各品种间叶部镉浓度差异不显著。根据茎部的镉浓度可将6个水稻品种分为2类，即一类为丰源优219、深优957、中广香1号，另一类为宜香305、桂丝粘、百香139，且两大类水稻品种茎部镉浓度差异显著（P<005）。6个水稻品种根部镉浓度以深优957和中广香1号较低，分别为（3.01±0.14）、（3.19±0.55）mg/kg；最高的品种为宜香305，为（5.18±0.34）mg/kg，且与镉浓度较低的2个品种存在显著差异（P<0.05）。通过相关性分析（图2）可知，6个水稻品种的叶部镉浓度与糙米镉浓度相关系数r叶=-0.257，P叶=0.623，相关不显著；各水稻品种茎部镉浓度与糙米镉浓度相关系数 r茎=0.929，P茎=0.007<0.01，相关显著；各水稻品种根部镉浓度与糙米镉浓度相关系数r根=0840，P根=0.036<0.05，相关显著。从图2还可看出，糙米镉浓度小于0.35 mg/kg的水稻品种（中广香1号、深优957、丰源优219），其根部镉浓度均高于茎部镉浓度1倍；而糙米镉浓度大于0.35 mg/kg的水稻品种（桂丝粘、百香139、宜香305），其根部镉浓度均与茎部镉浓度相近，这一情况与供试的6个水稻品种茎部镉浓度两大类分类正好一致，这可能与水稻体内镉转运机制有关。

2.3各水稻在试验土壤中种植的籽粒产量指标差异

[JP2]试验中成熟期总分蘖数与有效分蘖数以中广香1号最多，且与其他品种差异显著，其中中广香1号有效分蘖数较有效分蘖数最低的丰源优219多72.7%。品种间株高无显著差异（P>0.05）。净产量以桂丝粘最高，为（28.63±2.01）g/盆；百香139最低，為（14.53±6.37）g/盆；此外，其余供试品种间差异不显著。由此可看出，有效分蘖多，不一定产生高产量，供试水稻各品种间籽粒产量指标各项存在一定差异。[JP]

3结论与讨论

假设烹调与煮食不影响大米镉浓度，按参考文献[11]的

方法推算1个60 kg成年人将大米作为主要谷类，假设膳食为摄入镉的主要途径，广西普通居民食用大米摄入镉的量占总膳食的45.9%[12]，按照世界卫生组织规定以人体体重为计量数，1 kg体重1 d镉口服参考剂量0.001 μg，那么长期食用镉浓度低于0.31 mg/kg的糙米可认为不影响人体健康。由表1可看出，仅有常规水稻中广香1号和杂交水稻深优957糙米镉浓度低于0.31 mg/kg，即如长期食用在本试验条件下种植的试验选取的6个广西常见水稻品种糙米，仅中广香1号和深优957收获的糙米不影响人体健康。结合6个试验品种中仅中广香1号在试验条件下种植收获糙米镉浓度满足国家食品标准（GB 2762—2012《食品中污染物限量》），因此，中广香1号在土壤轻微镉污染区种植收获的糙米是可安全食用的，可作为适合广西种植的低镉累积安全水稻品种。

水稻糙米镉浓度与各组织镉浓度存在一定的相关性[13]，根据图2的相关性分析，水稻糙米镉浓度与茎部和根部存在显著相关性，这说明茎部及根部对镉的运输及负载能力能直接或间接地影响糙米镉浓度。水稻糙米镉浓度与各组织镉浓度相关，而各组织镉浓度受水稻基因型控制[7，14]，Uraguchi等对水稻品种Habataki和Sasanishiki进行镉胁迫动态追踪试验发现根部转运至茎部的镉的速度及数量由木质部决定，不同品种之间存在差异，且高镉累积品种木质部对镉的负载能力较大[15]。在图2中看到，丰源优219、深优957、中广香1号3个水稻品种的根部镉浓度较茎部镉浓度高出近1倍，而宜香305、桂丝粘、百香1 393个水稻品种的根部镉浓度与茎部镉浓度接近。这一分类情况与根据水稻茎部镉浓度大小分类情况相一致，同时茎部镉浓度较高的3个水稻品种与图1中糙米镉富集系数（均数）大于1的3个水稻品种相一致，这说明宜香305、桂丝粘和百香139为高镉累积品种。根据Uraguchi的研究结果[15]可认为，这3个水稻品种的木质部对镉有较大的负载能力，通过木质部转运的镉大多被储存在木质部，因此其茎部镉浓度较高；同时可能因为其木质部对镉的转运能力较大，所以这3个水稻品种的根部镉浓度与茎部镉浓度相近，这更进一步说明了水稻糙米镉浓度与根茎部镉浓度相关。

杂交水稻以其高产量为优势而被推广，试验中中广香1号水稻净产量与其他品种间差异不显著，其产量并不低于杂交水稻。根据水稻茎部镉浓度占水稻体内较大分配比的规律[5，9]，由于中广香1号高分蘖，中广香1号的种植可通过茎部对土壤镉的提取而降低土壤镉浓度，当成熟期收获后水稻茎秆不还田可降低来年水稻的镉胁迫。

受试的6个水稻品种，糙米镉浓度范围为0.13～0.53 mg/kg，品种间的差异显著，糙米镉浓度大小依次为中广香1号<深优957<丰源优219<百香139<桂丝粘<宜香305。除中广香1号外，其余5个水稻品种收获的糙米中镉含量均高于食品安全国家标准。据推算，宜香305、桂丝粘、百香139、丰源优219等4个品种收获的糙米如长期食用存在健康风险。因此，在广西土壤镉高背景值区种植水稻品种时，应谨慎选择，必需充分考虑起稻米镉超标引发的健康风险。中广香1号在土壤镉超标的情况下，籽粒中的镉浓度仍低于国家食品标准，且产量较其他品种无显著差异，这表明中广香1号是适合广西镉高背景值区种植的低镉累积安全品种。

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