CN104813883A - 一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，该方法为：将水稻品种盆栽种植，利用套盆栽培控制土壤水分，人工气候室控制空气温度，于品种分蘖盛期、抽穗期、灌浆期分别进行一次土壤含水量和空气温度处理，水稻成熟后，按水分、温度两个处理和未处理对照分别收获水稻种子，检测精米镉含量；精米镉含量低于国家标准0.2mg/kg，则表明品种在同等镉污染水平下属于籽粒稳定镉低积累型。本发明克服了现有大田自然环境筛选低隔水稻品种年度之间重复性差的不足，鉴定出镉吸收、运转关健生育期不受降水量减少和气温剧升影响的低镉水稻品种，为农业粮食安全和保护人们身体健康作出贡献。

Description

一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法

技术领域

本发明属于农业食品安全技术领域，具体涉及一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法。

背景技术

镉(Cd)是农业环境中最危险的重金属元素之一，其居联合国环境规划署提出的12种具有全球性意义的危险化学物质之首。镉是人体非必需元素，在人体中的半衰期达20～40年之久，可引发“骨痛病”、肾损害等。长期以来受工业“三废”超标排放等因素影响，农产品产地污染相当严重，特别是近年来有色金属的开发利用加快，加之土壤重金属背景值偏高，土壤环境酸化等，局部的土壤重金属污染呈加重趋势。据农业部统计，我国有10％的耕地面积存在镉污染超标问题，镉等重金属污染的粮食每年在100万吨以上，大量研究证明水稻是吸镉能力最强的大宗谷类作物，甚至出现“镉米”，其污染面之大、污染物含量之高，已严重影响了农产品质量安全和市场竞争力，威胁到人类身体健康。

在土壤—植物—人的特殊传递途径中，土壤间接起到了“污染源”的作用，而土壤一旦遭受重金属污染，将难以彻底清除，具有长期性和不可逆性。目前的治理途径主要有三种：一种是污染土壤的治理，通过土壤重金属活性调节，降低土壤重金属的有效态含量，从而减少植物吸收量；第二种是利用对重金属低富集的品种，在不影响经济产量的同时减少农产品重金属含量；第三种是通过生物技术手段，在不影响产量的条件下调节植物对重金属的吸收与向经济器官转运。方法一的污染土壤治理通常有生物修复、化学修复及工程措施等，工程治理措施往往因工程量大、费用高，并且有可能对土壤生态功能造成破坏而受到限制；方法三的生物修复在短期内难以达到修复效果，且后续的富镉产品尚无妥善处理技术。方法二的重金属低积累品种具有应用、实施简单有效，无二次污染等优点，以水稻为例，根据不同基因型水稻对重金属镉的吸收、转运和籽粒积累存在显著差异的原理，目前已应用的技术是在镉污染土壤进行种植，比较同水平条件下籽粒的镉含量，筛选出籽粒镉低积累的品种推广应用，可有效降低镉污染地区稻米镉含量。发明人在从事水稻镉研究过程中发现，水稻对土壤镉的吸收积累是个极其复杂的过程，不仅与土壤污染水平、不同品种的富集特性有关，而且多数水稻品种在相同污染土壤水平下，同一个品种在不同生长环境条件下的籽粒镉含量存在5‐100倍的差异，变异幅度因品种不同而不同。分析环境对水稻镉吸收和向籽粒运转影响的主要原因是：水稻生长发育经历营养生长、生殖生长数个阶段，其中影响籽粒镉含量的三个关键生育期分别为分蘖盛期、抽穗期、灌浆期，水稻分蘖盛期是营养生长最旺盛的阶段，水稻根系对必须矿质元素吸收积累的同时，也将重金属镉离子大量吸收积累存储在根、茎、叶组织；水稻抽穗期的生长中心由营养器官转向生殖器官，根系镉吸收的存在直接向生殖器官输送的特性；水稻灌浆期的生长中心为生殖器官，即籽粒的营养物质积累最旺盛时期，也是重金属元素积累的关键时期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，克服现有大田自然环境筛选低隔水稻品种年度之间重复性差的不足，鉴定出镉吸收、运转关键生育期不受降水量减少和气温剧升两个因素影响的低镉水稻品种，为农业粮食安全和保护人们身体健康作出贡献。

本发明采用的技术方案是：

一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，将水稻品种用镉含量超标的土壤盆栽种植，在水稻品种的分蘖盛期、抽穗期、灌浆期分别进行一次土壤含水量处理和一次空气温度处理，水稻成熟后，检测精米镉含量，精米镉含量低于国家标准0.2mg/kg，则表明该品种在同等镉污染水平下属于环境稳定低镉品种。

上述技术方案中，所述的用镉含量超标的土壤盆栽种植，是指镉含量为0.6—1.5mg/kg的土壤盆栽种植。

上述技术方案中，所述的一次土壤含水量处理是指：在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别进行缺水处理，应用便携式水分测定仪每天监测土壤体积含水量，在土壤体积含水量为40％后继续缺水处理3天，随后复水至稻谷成熟。

上述技术方案中，所述的一次空气温度处理是指：在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别移入人工气候室控制空气温度，设置白天12小时35℃，晚上12小时25℃条件处理5天，随后转移到自然温度和常规土壤水分条件下培养至稻谷成熟。

上述技术方案中，所述的鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，具体步骤如下：

(1)选取镉含量在0.6‐1.5mg/kg的自然稻田土壤，阴干，阴干程度以易于粉碎为原则，通常壤土阴干后的重量含水量为5％左右，粉碎过0.5mm筛后15kg，按常规施肥水平均匀混入无镉污染的N、P、K化肥；

(2)将上述(1)土壤装入培养盆中，能保证淹水沉降后的土层厚度在25‐27cm左右，预备7盆土，其中3个盆用于缺水处理，3盆用于高温处理，1盆做无处理对照。缺水处理的3个盆在盆底中心位置均匀开设漏水孔，装土之前开孔处垫上瓷片或瓦片防止堵塞，另外准备3个底部密封的塑料盆套在外面，秧苗移植前7天注入无镉污染灌溉水，保持土壤表面水层高2cm左右，使土壤熟化，(本方法中提及的无镉污染灌溉水指符合国家质量标准的农田灌溉水)；

(3)秧苗3.5‐4叶时移植入盆内土壤，每盆移植4株，底部开孔的盆再套上外盆，仍保持土层表面水层高2cm左右；

(4)在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别取1盆进行缺水处理和高温处理，选设置有漏水孔的盆进行缺水处理。

缺水处理：将内盆设置漏水孔的盆栽从外盆中拿出沥水，应用便携式水分测定仪每天监测0‐20cm土层的体积含水量，每次观测重复3次，避免仪器误差引起误判，在土壤体积含水量为40％后继续缺水处理3天，处理完成后再次灌水，仍保持土壤表面水层高2cm左右，培养至稻谷成熟；

高温处理：保持土壤表面水层高2cm左右，连盆一起移入人工气候室控制空气温度，设置白天12小时35℃，晚上12小时25℃条件处理5天，随后移出到自然温度条件下继续培养至稻谷成熟；

(5)分盆收获水稻谷粒晒干后去壳碾成精米，用植物样品粉碎机磨成米粉；

(6)采用国标方法分别测定7盆米粉样品的镉含量；

(7)对比分析水稻品种全生育期淹水和在关键生育期缺水处理以及在自然温度和在关键生育期高温处理的米粉中镉含量，米粉中镉含量均低于国家稻米质量标准镉含量0.2mg/kg的品种判定为环境稳定低镉品种。

水稻品种从播种到收获可明显分为出苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期。上述技术方案中提及的分蘖盛期、抽穗期、灌浆期的判定方法如下：

分蘖盛期：水稻基部叶腋的腋芽伸出新株，这就叫做分蘖，群体中有50％的稻苗出现分蘖即进入分蘖盛期；

抽穗期：水稻幼穗自剑叶叶鞘中伸出，叫抽穗，一穗全部抽出约需3—5天左右，群体中有50％的植株抽穗，即为抽穗期；

灌浆期：灌浆期开始于水稻开花之后，腊熟之前，是谷粒中营养物质的积累过程，由于谷粒内含物呈白色浆状，故称灌浆期，群体中50％的籽粒闭合颖壳并开始籽粒内容物充实时，即为灌浆期。

上述技术方案中，所述的稻米镉含量检测按照国标《食品中镉的测定GB/T5009.15‐2003》的方法进行，镉含量限量指标依据为《粮食卫生标准GB2715‐2005》。

本发明突出的实质性特点和显著效果：

本发明提供了一种鉴定水稻品种在土壤含水量和空气温度变化条件下籽粒低镉积累的方法，发明的基本原理是根据水稻根系对镉的吸收、植株体内向籽粒的运转受关键生育时期土壤含水量减少和温度升高影响极大的特性，在水稻镉吸收、转运的三个关键生育期，分蘖期、抽穗期、灌浆期进行缺水和高温处理，鉴定出在环境变化条件下精米镉含量低于国家稻米质量标准0.2mg/kg的品种。本发明的显著有益效果是克服了现有大田自然环境筛选的籽粒低镉品种年际间重复性非常差的问题，鉴定出镉吸收、运转关键生育期不受降水量减少和气温剧升影响的低镉水稻品种。

具体实施方式

本发明的一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，将水稻品种用镉含量超标的土壤盆栽种植，在水稻品种的分蘖盛期、抽穗期、灌浆期分别进行一次土壤含水量处理和一次空气温度处理，水稻成熟后，检测精米镉含量，精米镉含量低于国家标准0.2mg/kg，则表明该品种在同等镉污染水平下属于环境稳定低镉品种。

上述用镉含量超标的土壤盆栽种植，是指镉含量为0.6—1.5mg/kg的土壤盆栽种植。

上述的一次土壤含水量处理是指：在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别进行缺水处理，应用便携式水分测定仪每天监测土壤体积含水量，在土壤体积含水量为40％后继续缺水处理3天，随后复水至稻谷成熟。

上述的一次空气温度处理是指：在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别移入人工气候室控制空气温度，设置白天12小时35℃，晚上12小时25℃条件处理5天，随后转移到自然温度和常规土壤水分条件下培养至稻谷成熟。

实施例1：

以全镉含量1.28mg/kg的自然稻田土壤盆栽，鉴定湘晚籼12号和荆楚优866两个晚稻品种的环境稳定性为例，见表1；步骤如下：

(1)培养土壤准备：自然稻田土壤阴干粉碎过0.5mm筛后，按照每个品种预备7盆，每盆15kg干土，共备干土210kg，并按常规施肥水平均匀混入无镉污染的N、P、K化肥；

(2)装盆：将预备好的土壤装入普通塑料盆中，本实例选用的塑料盆上口直径35cm左右，下底直径20cm，高30cm，淹水沉降后的土层厚度在25cm左右，其中6个盆于盆底中心位置均匀开设2个直径2cm的漏水孔，装土之前开孔处垫上瓷片或瓦片防止堵塞，另外准备3个底部密封的塑料盆套在外面，秧苗移植前7天注入无镉污染的清洁水，使盆内土壤充分熟化、沉降，保持土壤表面水层高2cm左右；

(3)移栽：按照水稻普通栽培方式育秧，秧苗3.5‐4叶时移植入盆内土壤，每盆移植4株，保持土层表面水层2cm左右；

(4)处理：在品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后，每个品种分别取1盆进行缺水处理和高温处理，选设置有漏水孔的盆进行缺水处理，两个品种共处理12盆，剩余2盆做环境常规管理对照：

缺水处理：将内盆设置漏水孔的从外盆中拿出沥水，应用便携式水分测定仪每天监测0‐20cm土层的体积含水量，每次观测重复3次，避免仪器误差引起误判，在土壤体积含水量为40％左右后继续缺水处理3天，处理完成后再次灌水，保持土壤表面水层2cm左右，培养至稻谷成熟；

高温处理：保持土壤表面水层，连盆一起移入人工气候室控制空气温度，设置白天12小时35℃，晚上12小时25℃条件处理5天，随后转移到自然温度条件下培养至稻谷成熟；

(5)样品制备：稻谷成熟后，分盆收获盆内4株水稻谷粒，晒干混匀后去壳碾成精米，用植物样品粉碎机磨成米粉；

(6)镉含量测定：采用国标方法分别测定14盆米粉样品的镉含量；

(7)对比分析全生育期淹水和在关键生育期缺水处理，自然温度与关键生育期高温处理下的米粉镉含量均低于国家稻米质量标准0.2mg/kg的品种判定为环境稳定低镉品种。

表1不同环境条件下晚稻品种精米镉含量(mg/kg)

表1说明湘晚籼12号可以鉴定为籽粒稳定低镉积累的品种，在三个生育关键时期分别经历低土壤水分、高空气温度条件，与常规管理的籽粒镉含量均低于0.20mg/kg，且基本接近；荆楚优866可以鉴定为环境变异型镉积累品种，该品种在常规管理条件下的籽粒镉含量低于0.20mg/kg，在经历分蘖盛期低土壤水分和高空气温度条件后与常规管理的籽粒镉含量也低于0.20mg/kg，但在抽穗期、灌浆期分别经历低土壤水分、高空气温度条件后的籽粒镉含量高于0.20，且与常规管理的差异非常大，说明荆楚优866的抽穗期、灌浆期的低土壤水分、高空气温度对籽粒镉含量影响大，该品种为非环境稳定性低镉积累品种。

实施例2：

以全镉含量0.89mg/kg的自然稻田土壤盆栽，鉴定湘湘早籼45号和LY996两个早稻品种的环境稳定性为例，见表2；步骤同实施例1。

表2不同环境条件下早稻品种精米镉含量(mg/kg)

表2说明实例中的早稻品种湘早籼45号可以鉴定为稳定低镉积累的品种，LY996可以鉴定为环境变异型镉积累品种。

Claims (5)

1.一种鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，其特征在于，将水稻品种用镉含量超标的土壤盆栽种植，在水稻品种的分蘖盛期、抽穗期、灌浆期分别进行一次土壤含水量处理和一次空气温度处理，水稻成熟后，检测精米镉含量，精米镉含量低于国家标准0.2mg/kg，则表明该品种在同等镉污染水平下属于环境稳定低镉品种。

2.根据权利要求1所述的鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，其特征在于，所述的用镉含量超标的土壤盆栽种植，是指镉含量为0.6—1.5mg/kg的土壤盆栽种植。

3.根据权利要求1所述的鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，其特征在于，所述的一次土壤含水量处理是指：在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别进行缺水处理，应用便携式水分测定仪每天监测土壤体积含水量，在土壤体积含水量为40％后继续缺水处理3天，随后复水至稻谷成熟。

4.根据权利要求1所述的鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，其特征在于，所述的一次空气温度处理是指：在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别移入人工气候室控制空气温度，设置白天12小时35℃，晚上12小时25℃条件处理5天，随后转移到自然温度和常规土壤水分条件下培养至稻谷成熟。

5.根据权利要求1所述的鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，其特征在于，所述的鉴定水稻品种籽粒镉积累环境稳定性的方法，具体步骤如下：

(1)选取镉含量在0.6‐1.5mg/kg的自然稻田土壤，阴干(重量含水量为5％左右)，粉碎过0.5mm筛后15kg，按常规施肥水平均匀混入无镉污染的N、P、K化肥；

(2)将上述(1)土壤装入培养盆中，能保证淹水沉降后的土层厚度在25‐27cm左右，预备7盆土，其中3个盆用于缺水处理，3盆用于高温处理，1盆做无处理对照。缺水处理的3盆在盆底中心位置均匀开设漏水孔，装土之前开孔处垫上瓷片或瓦片防止堵塞，另外准备3个底部密封的塑料盆套在外面，秧苗移植前7天注入无镉污染灌溉水，保持土壤表面水层高2cm左右，使土壤熟化，(本方法中提及的无镉污染灌溉水指符合国家质量标准的农田灌溉水)；

(3)秧苗3.5‐4叶时移植入盆内土壤，每盆移植4株，底部开孔的盆再套上外盆，仍保持土层表面水层高2cm左右；

(4)在水稻品种进入分蘖盛期、抽穗期、灌浆期后分别取1盆进行缺水处理和高温处理，选设置有漏水孔的盆进行缺水处理：

缺水处理：将内盆设置漏水孔的盆栽从外盆中拿出沥水，应用便携式水分测定仪每天监测0‐20cm土层的体积含水量，每次观测重复3次，避免仪器误差引起误判，在土壤体积含水量为40％后继续缺水处理3天，处理完成后再次灌水，仍保持土壤表面水层高2cm左右，培养至稻谷成熟；

高温处理：保持土壤表面水层高2cm左右，连盆一起移入人工气候室控制空气温度，设置白天12小时35℃，晚上12小时25℃条件处理5天，随后移出到自然温度条件下继续培养至稻谷成熟；

(5)分盆收获水稻谷粒晒干后去壳碾成精米，用植物样品粉碎机磨成米粉；

(6)采用国标方法分别测定7盆米粉样品的镉含量；

(7)对比分析水稻品种全生育期淹水和在关键生育期缺水处理以及在自然温度和在关键生育期高温处理的米粉中镉含量，米粉中镉含量均低于国家稻米质量标准镉含量0.2mg/kg的品种判定为环境稳定低镉品种。