浅析水稻对重金属离子镉的吸收及吸收耐性研究

谢红阳 黄杰

据悉，能够直接进入人体的镉的食物来源主要为大米，占比高达40%，而水稻是非常重要的粮食作物，所以水稻在种植过程中是否受到重金属离子镉的污染十分关键。根据目前的调查显示，我国存在镉污染的农田面积将近1333333.33hm2，年产水稻镉超标产品达到14.7亿千克。本文研究分析了水稻对重金属镉离子的吸收及耐性机理。

一、影响水稻对金属镉吸收的因素

1.pH。在土壤当中，镉离子的存在形式為多种结合态，包括残渣态、水溶态、可交换态、碳酸盐态以及有机结合态等，形态存在的多少直接对镉的有效态含量产生决定效果。在某种pH条件下，这些结合态会一直保持动态平衡。一旦土壤内部的pH有所变化，平衡便会偏移，进而产生新的平衡，使之前的各形态镉离子占比有所改变，镉离子在土壤中的移动性便会有所改变，同时改变生物有效性，植物吸收镉离子的过程也变得富有动态性。当pH值为中碱条件，水溶性的镉离子占据总体镉的3%；当pH值下降为4.57，水稻土当中的水溶态镉离子质量分数会提升到48.40%。因此在治理镉污染的土地时，对pH值进行控制，使其不超过6.5，即可减少镉离子对生物生态反应过程中产生的危害。植物对于镉离子的吸收量与土壤的pH值有直接关系，但在水培情况下结果却有所不同。研究显示，当pH值为0.5时，水稻茎部镉离子积累量最大，根部在pH值有所升高之后，相应的积累量也会增高。这是因为水培与土壤环境有着很大的差异性，镉离子的存在形式主要为水溶态，在植物根表面镉离子与氢离子会对结合位点产生竞争吸附效应，升高pH值之后，根表面会有相应的正离子在结合位点释放，使得对镉离子吸收过程中产生更多的结合位点，增大镉离子吸收量。

2.Eh。氧化还原值（Eh）是土壤对生物有效性产生影响的关键因素。研究发现，当稻田的Eh值有所增大后，土壤当中存在的水溶性镉离子含量、水稻吸收镉离子的总量和地上部存在的镉离子含量都会有相应的增加。由于土壤在还原条件下降低了氧化还原反应电位，增加了硫还原S2-的量，与土壤中的镉离子、铁离子以及汞离子等构成硫化物沉淀，使得土壤溶液中重金属离子含量降低。在土壤为氧化状态时，会出现硫化物氧化反应，从而释放出大量的金属离子。此外，土壤在氧化状态中，水稻根表面产生的铁氧化物胶膜会对土壤当中的镉离子产生吸附作用，使根系表面吸收镉离子的能力加强。

二、水稻镉离子吸收耐性及其吸收机制分析

1.限制根对镉的吸收。根系表面可以将镉离子的危害减少，是非常关键的位置，也是植物体内抵挡重金属镉离子的首道屏障。在镉离子存在的情况下，植物的根系表面会分泌出氨基酸、有机酸、多肤和酞胺等物质，改变植物生存微环境，降低镉离子的有效性，避免植物过多吸收镉离子，这是植物非常有效的进行自我保护的外部排斥机制。例如水稻在成长过程中，如果缺铁便会在表面生成一种由自身分泌的粘胶状物质的根壳，能够过滤重金属镉离子，使根系减少吸收镉离子的量。

2.将镉离子贮存在叶表皮及表皮纤维。叶片具备的

光合作用等生物化学反应会借助叶肉细胞完成，其中起到保护作用的是表皮细胞以及表皮纤维。而植物对于镉离子的吸收也会利用根茎中的木质部将其运输到植物的地上部分，在植物的叶表以及表皮纤维中进行累积，因此在叶肉细胞当中并没有镉离子或者含量并不是很高，使得叶片细胞结构及生理功能受到的伤害比减小，属于植物自身产生的自我保护机制。

重金属离子的污染严重威胁到了人体健康，因此对水稻镉离子污染的研究，即在水稻吸收镉的影响因素、水稻镉离子及其产生的抗性机制方面需要进一步加大研究力度，为人们能够拥有一个安全的食品环境提供有力的支撑。