植物阻滯劑對(duì)水稻中鎘的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響

呂書(shū)記等

摘要采用盆栽試驗(yàn)，研究了不同濃度植物阻滯劑處理下水稻全生育期內(nèi)鎘在不同部位的分配累積規(guī)律。結(jié)果表明：隨噴施濃度的增加，各處理鎘含量降低，各部位鎘含量為根>莖>葉>子粒；根部鎘含量隨時(shí)間的變化規(guī)律為分蘗期>拔節(jié)期>成熟期>孕穗期>秧苗，而莖中鎘含量變化規(guī)律為分蘗期>孕穗期>成熟期>拔節(jié)期>秧苗，葉中的鎘含量為成熟期>分蘗期>孕穗期>拔節(jié)期>秧苗；植物阻滯劑對(duì)鎘的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)有明顯的阻滯作用，且作用部位主要在葉部。

關(guān)鍵詞水稻；鎘；植物阻滯劑

中圖分類號(hào)S482.8+92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）29-143-02

近幾十年來(lái)，土壤重金屬污染作為一種新的污染現(xiàn)象受到了大量關(guān)注，而鎘更是其中的重點(diǎn)。鎘（Cd）是一種生物毒性較大的元素，在食物鏈中遷移性強(qiáng)。土壤中的鎘主要來(lái)自于土壤本體和人為帶入，包括農(nóng)藥化肥、灌溉、大氣沉降、生產(chǎn)生活廢棄物等[2-4]。因其隱蔽性大、毒害性強(qiáng)，故被世界衛(wèi)生組織和歐盟美國(guó)等列為高危害有毒物質(zhì)和致癌物，20世紀(jì)60年代日本因鎘中毒曾出現(xiàn)“痛痛病”，是首次大規(guī)模發(fā)現(xiàn)鎘污染中毒事件，之后類似的情況開(kāi)始不斷出現(xiàn)，而湖南省作為水稻主產(chǎn)區(qū)和有色金屬之鄉(xiāng)，鎘大米事件近年來(lái)更是屢見(jiàn)不鮮。

鎂、鋅是植物必需礦質(zhì)元素，對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育有重大作用。鎂對(duì)于植物細(xì)胞內(nèi)葉綠體的構(gòu)成有重要作用，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)鎘與鋅在植物體內(nèi)的吸收、分配呈顯著負(fù)相關(guān)性。而硒通過(guò)參與水稻體內(nèi)的蛋白質(zhì)代謝、能量代謝、抗氧化作用以及與其他元素的相互作用來(lái)影響其生長(zhǎng)發(fā)育。筆者用含鎂、鋅和硒的溶液為材料，研究了其對(duì)水稻中鎘積累和分布的影響，旨在為水稻安全化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試作物。供試的水稻品種為“五豐優(yōu)T025”，播種時(shí)間為2014年7月3日，移栽時(shí)間為7月30日，收割時(shí)間為10月25日。

1.1.2供試土壤。土壤 pH為5.1，土壤全氮2.36 g/kg，全磷1.15 g/kg，全鉀41.00 g/kg，有機(jī)質(zhì)38.00 g/kg，堿解氮148.000 mg/kg，有效磷16.200 mg/kg，速效鉀67.000 mg/kg。全鎘含量為0.337 mg/kg，用硝酸鎘將土壤中鎘含量調(diào)整到1.000 mg/kg。

1.1.3供試植物阻滯劑。植物阻滯劑成分為EDTA（含量為25%）、KNO3（含量為20%）、NaNO3（含量為7%）、Zn（NO3）2（含量為12%）、Mg（NO3）2（含量為23%）、Na2SeO3（含量為3%）、CMC（含量為10%）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)中南煙草試驗(yàn)站進(jìn)行，設(shè)如下5個(gè)處理：T1——濃度為1∶200的植物阻滯劑；T2——濃度為1∶400的植物阻滯劑；T3——濃度為1∶600的植物阻滯劑；T4——濃度為1∶800的植物阻滯劑；CK——空白對(duì)照。每個(gè)處理5次重復(fù)。每盆裝土10 kg，每個(gè)處理10盆。植物阻滯劑自移栽7 d后，每14 d噴施一次，按照300 ml/hm2稀釋后噴施。其他栽培措施按正常習(xí)慣管理。

1.3樣品采集與檢測(cè)

1.3.1樣品采集。在噴施植物阻滯劑5 d后，于水稻移栽期、分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期進(jìn)行取樣，將所取水稻樣品先用自來(lái)水沖洗干凈，再用去離子水沖洗，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重。

1.3.2土壤鎘全量測(cè)定。稱樣0.25 g左右于消煮管中，采用HNO3H2O2HF微波消解，定容至100 ml后過(guò)濾，用ICPMS測(cè)定溶液鎘濃度。

1.3.3水稻植株鎘含量測(cè)定。稱樣0.30 g左右于消煮管中，采用 HNO3H2O2微波消解，定容后過(guò)濾，用ICPMS測(cè)定鎘含量。

1.3.4土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定。按《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行。

1.4數(shù)據(jù)處理采用DPS軟件及 Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同部位中鎘含量的變化

由表1可知，所有處理的鎘含量均為根>莖>葉>子粒，施用阻滯劑后，各處理隨著阻滯劑濃度的升高，鎘含量均呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明阻滯劑對(duì)鎘含量有顯著的阻滯作用。在根部，隨著濃度的增加，根部鎘含量逐漸下降，T4與CK無(wú)顯著性差異，T1、T2、T3與CK差異顯著。莖部鎘含量表現(xiàn)為處理與對(duì)照差異顯著，且T1與T2、T3、T4也呈顯著性差異。葉處理與對(duì)照呈顯著性差異。稻谷中，各處理與對(duì)照呈顯著性差異，且T1、T2與T3、T4也呈顯著性差異，說(shuō)明阻滯效果與阻滯劑濃度有明顯的關(guān)聯(lián)性，隨濃度的增加，阻滯效果增強(qiáng)。

2.2不同時(shí)期水稻各器官鎘含量的變化

2.2.1水稻根部鎘含量變化規(guī)律。

由表2可知，水稻根部鎘含量呈現(xiàn)出先上升后降低最后再上升的趨勢(shì)，最大吸收期在分蘗期和成熟期。從各時(shí)期來(lái)看，各處理在秧苗期含量無(wú)差別，說(shuō)明在該時(shí)期各個(gè)處理對(duì)水稻根部的影響不大；在分蘗期，各處理根部鎘含量均低于對(duì)照，但無(wú)顯著差異，且在該時(shí)期，各處理根部鎘含量均達(dá)到最大值，表明分蘗期是水稻大量吸收鎘的一個(gè)時(shí)期；在拔節(jié)期，鎘含量按照從高到低的順序?yàn)镃K>T4>T3>T2>T1，且各處理與對(duì)照的差異顯著，降低的幅度分別為19.9%、27.3%、32.1%、46.2%；孕穗期，其鎘含量仍為CK>T4>T3>T2>T1，且處理與對(duì)照相比差異顯著，而各處理之間無(wú)明顯差異；成熟期，鎘含量為CK>T4>T3>T1>T2，其中T4與對(duì)照無(wú)顯著性差異，T1、T2、T3與對(duì)照差異顯著。

2.2.2水稻莖部鎘含量變化。

由表3可知，水稻莖中鎘含量的變化規(guī)律為先分蘗期迅速上升，拔節(jié)期稍下降后又上升的趨勢(shì)，從具體含量上來(lái)看，莖為鎘積累的主要器官之一。而各處理與對(duì)照相比，在秧苗期、分蘗期、拔節(jié)期和孕穗期無(wú)顯著差異，秧苗期對(duì)照與各處理鎘含量基本一致，而在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期和成熟期均表現(xiàn)為CK>T4>T3>T2>T1；在成熟期，對(duì)照與各處理之間有顯著差異，且T1與各處理之間也呈現(xiàn)顯著差異。

2.2.3水稻葉片鎘含量變化。

由表4可知，水稻葉片鎘含量變化幅度較大，呈“M”型變化趨勢(shì)，在分蘗期迅速增加，拔節(jié)期后又降低，孕穗期后又上升，成熟期稍降低，說(shuō)明在分蘗期葉片大量累積鎘，而在拔節(jié)期由于鎘的積累速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他物質(zhì)的積累而迅速下降，各處理與對(duì)照僅在成熟期有顯著性差異。各處理鎘含量在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期和成熟期均是CK>T4>T3>T2>T1，但各處理之間并無(wú)顯著性差異，而在秧苗期，各處理與對(duì)照鎘含量基本一致。

3討論與結(jié)論

鎘對(duì)植物的毒害作用直接表現(xiàn)為對(duì)光合作用的影響，較高濃度下表現(xiàn)為葉緣變褐色，葉片卷曲失綠，葉柄葉脈變紅，光合作用受抑制，最終影響植物生長(zhǎng)，降低產(chǎn)量和品質(zhì)。有研究表明，鎘通過(guò)破壞光合器官和色素，抑制葉綠素Hill反應(yīng)，降低葉綠素含量，抑制RuBP羧化酶活性，影響二氧化碳固定，降低PSI和PSII活性等方式來(lái)降低植物光合速率。McKenna等報(bào)道了鋅可阻止鎘由根部轉(zhuǎn)運(yùn)至蓮葉，從而降低萵筍和菠菜中的鎘含量。彭克勤等研究表明，從早稻分蘗期以灌溉水形式施硒，灌漿期凈光合速率明顯提高，促進(jìn)氣孔開(kāi)放、降低氣孔阻力，且提高了實(shí)粒數(shù)，減少了空粒。He等用盆栽試驗(yàn)觀察施鋅、硒對(duì)蔬菜中鈀、鎘含量的影響，結(jié)果表明，施鋅、硒均能明顯降低白菜、萵苣中鈀、鎘含量。在該試驗(yàn)中，通過(guò)補(bǔ)充鎂元素來(lái)提高光合作用，消除鎘的毒害作用；用鋅和硒來(lái)拮抗水稻對(duì)鎘的吸收和向水稻子粒中的轉(zhuǎn)移，從試驗(yàn)結(jié)果上看是成功的。

鎘主要是從水稻根部吸收，并通過(guò)莖葉運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)，在該運(yùn)輸過(guò)程中，鎘含量遞減，而在噴施植物阻滯劑后，水稻吸收鎘的總量降低且吸收的鎘主要存在于根部和葉部，說(shuō)明植物阻滯劑對(duì)鎘的吸收和運(yùn)輸產(chǎn)生了明顯的阻滯效果，這與Oliver等的研究結(jié)論“硒和鋅對(duì)鎘的拮抗作用”一致。

施用植物阻滯劑后，濃度為1∶200、1∶400、1∶600處理的鎘濃度均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.200 mg/kg，但濃度為1∶600處理的鎘濃度處于臨界值，所以只有1∶200、1∶400濃度處理具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，且1∶400濃度處理是最優(yōu)選擇，說(shuō)明植物阻滯劑需要一定濃度才有效果。

目前對(duì)土壤鎘污染主要采取的方法有客土法、化學(xué)淋洗法、土壤調(diào)理劑修復(fù)法、植物富集吸收法等，這些方法雖然效果較好但存在成本高、操作難等弊端，而噴施植物阻滯劑的方法操作簡(jiǎn)便、成本低廉，有較好的研究、推廣價(jià)值。

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