CN106338577A - 一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法，具体来说是指利用木村B营养液进行水稻水培试验，通过不同生育时期后不进行外源低浓度Cd的添加，培育水稻至成熟，测定水稻糙米中Cd含量，利用“减法”，对各处理中糙米的Cd含量进行递推。本方法能得到水稻不同生育期吸收积累的Cd对米镉积累的贡献百分比，从而得到水稻不同生育期吸收积累的Cd，在生长过程中进行吸收、积累及转运后，对水稻米镉积累的影响。

Description

一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法
技术领域
本发明是涉及水稻吸收积累重金属Cd的研究方法，特别是一种利用水稻不同生育期接受Cd胁迫，递推探究不同生育期对水稻米镉积累影响的方法。
背景技术
随着社会进步需求增大，冶炼、矿产、电镀等工业的飞速发展，废水、废气、废渣及工业废品与生活垃圾等其他废弃物不合理的排放与处理而致使土壤中重金属含量明显高于背景值(陈洪,特拉津,那斯尔,等.伊犁河流域土壤重金属含量空或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的重金属污染现象日益严重(陈印军,杨俊彦,方琳娜.我国耕地土壤环境质量状况分析[J].中国农业科技导报,2014,16(2):14-18)，同时农业生产中，城市污泥、污水在农业中的再利用和大量含重金属农用化学品的不规范施用(吴荣,刘善江,杜颖.城乡有机废弃物农用资源化研究进展[J].农学学报,2014,4(6):45-48)，更使农用土壤受到镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)等重金属不同程度的污染，其中尤以毒性高、移动性强、污染面积大的“五毒之首”—Cd最为严重、复杂(李庆,王应军,宗贵仪,等.铈缓解镉对玉米种子的毒害效应研究[J].稀土,2013,6:001)，据2014年《全国土壤污染状况调查公报》公布，全国土壤总的超标率为16.1％，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8％。其中镉点位超标率为7.0％(环境保护部,国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[Z].2014)。可见重金属镉污染问题已经严重危害我国农用土壤安全，对粮食安全存在极大的隐患，关系到整个社会的稳定与发展。
水稻作为我国的主要粮食作物，全国有近2/3的人口以水稻为主食(凌启鸿,张洪程,戴其根,等.水稻精确定量施氮研究[J].中国农业科学,2005,38(12)：2457-2467)，其安全更是重中之重，探究水稻吸收积累Cd的相关过程具有重大的意义。水稻整个生长发育过程中，分为多个不同的生育期，每个生育期水稻吸收的水分、矿物质与营养物质都不同，主要的发育器官、物质转运与合成也不尽相同，要解析Cd在水稻体内的吸收、转运及积累过程，就必须分析不同生育期对稻米中Cd积累的影响。有关水稻籽粒Cd富集特性的品种间差异研究国内外都有不少工作。有关Cd对水稻生长毒害的研究，主要是Cd引起减产的临界浓度问题和根茎叶部位的积累(ARAO T,AE N,SUGIYAMA M,et al.Genotypic differencesin cadmium uptake and distribution in soybeans[J].Plant and Soil,2003,251:247-253；李坤权,刘建国,陆小龙,等.水稻不同品种对镉吸收及分配的差异[J].农业环境科学学报,2003,22(5):529-532)，而Cd对生长发育过程影响的研究尚不多见。所以，开展水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉的影响，对开展水稻糙米Cd污染控制技术、降低水稻糙米中Cd含量，具有非常重要的理论与现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法，其能够表征水稻不同生育期吸收积累的Cd对稻米中Cd含量的影响，填补相关研究的空白，并为解决治理水稻重金属Cd污染过程中相关操作的具体时间等问题提供理论依据。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法，其包括下列步骤：
选取生长长势均衡的5叶1心水稻幼苗，经过去泥、去离子水清洗后移栽入营养液培育装置，在试验期间，每日添加蒸发水量，保持水量不变，每2d用400g·L-1NaOH溶液调节培养液的酸碱度，使pH值保持在5.0～5.5的范围之内，每4日更换一次营养液；
设计7个处理水平：不添加外源Cd(CK)、幼苗期后不添加外源Cd/Y、分蘖期后不添加外源Cd/F、抽穗期后不添加外源Cd/C、灌浆期后不添加外源Cd/G、乳熟期后不添加外源Cd/R、全生育期添加外源Cd/S，培育至成熟；
根据各处理水稻接受外源镉胁迫的时间长短进行逐一相减，得到不同生育期——幼苗期、分蘖期、抽穗期、灌浆期、乳熟期、成熟期对米镉积累的贡献百分比，发现不同生育期糙米Cd积累浓度变化范围为0.07mg·kg-1～1.4mg·kg-1，各生育期贡献率大小为F>G、S>Y、R>C，其中分蘖期F、灌浆期G及全生育期S分别占糙米积累Cd量浓度的36.4％、18.2％、16.4％，由此得到糙米中Cd主要来源为分蘖期Cd积累后的转移、灌浆乳熟期时随营养物质传输的积累以及成熟期稻米继续成熟过程中吸收积累的Cd。
所述外源Cd添加浓度为50μg·L-1。
所述营养液培育装置为聚乙烯材质的40桶，上口径为40cm，下口径为30cm，桶高25cm，每桶盛基础营养液10L，微量元素贮备液10ml，所述水稻幼苗采用泡沫塑料育苗盘和定植篮进行固定。
所述水稻品种为常规水稻品种“湘晚籼13号”，该品种属常规中熟晚籼，在长江中下游作双季水稻种植全生育期平均115天，株高98.5厘米，株型适中。
所述营养液采用木村B营养液及Arnon(1938)A-Z微量元素营养液配制，如表1所示。
表1水稻水培营养液配方
*表示每1L木村B营养液中添加1ml Arnon(1938)A-Z微量元素。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
发明人通过试验发现，外源Cd浓度控制为50μg·L-1，不会显著影响水稻的正常生长，可以尽可能的表征出试验过程中，水稻吸收、积累及转运的Cd的真实情况；最终发现糙米中Cd主要来源为分蘖期Cd积累后的转移、灌浆乳熟期时随营养物质传输的积累以及成熟期稻米继续成熟过程中吸收、积累的Cd。因此，本发明能为解决治理水稻重金属Cd污染过程中相关操作的具体时间等问题提供理论依据，具有重要的意义。
附图说明
图1为不同生育期糙米Cd积累量与贡献率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例1：
试验水稻样品育种后，选取生长长势均衡的5叶1心幼苗，经过去泥、去离子水清洗后移栽入营养液培育装置，5穴/盆，每穴3株，在试验期间，每日添加蒸发水量，保持水量不变，每2d用400g·L-1NaOH溶液调节培养液的酸碱度，使pH值保持在5.0～5.5的范围之内，每4日更换一次营养液。
设计7个处理水平：不添加外源Cd(CK)、幼苗期后不添加外源Cd/Y、分蘖期后不添加外源Cd/F、抽穗期后不添加外源Cd/C、灌浆期后不添加外源Cd/G、乳熟期后不添加外源Cd/R、全生育期添加外源Cd/S，培育至成熟，利用不同处理中水稻接触Cd时间的长短不一，进行接触Cd时间上的“减法”，递推出接触外源Cd的不同生育期，计算不同生育期对水稻成熟后积累的Cd含量，则有：幼苗期、分蘖期、抽穗期、灌浆期、乳熟期、成熟期等六个实际吸收生育期吸收Cd；每个处理重复3次，试验设计外源添加Cd(CdCl2≥99.0％)浓度为50μg·L-1，其结果如表2所示：
表2试验处理设计
根据试验设计，水稻在水培环境中不同生育期后不添加外源Cd(浓度为50μg·L-1)，可以得到各处理中水稻接受Cd胁迫的时间长短不一，据试验操作中时间安排，可以得到CK处理接受Cd胁迫时间为0天，E处理接受Cd胁迫时间为6天，D处理接受Cd胁迫时间42天，C处理接受Cd胁迫时间51天，B处理接受Cd胁迫时间61天，A处理接受Cd胁迫时间75天，Q处理接受Cd胁迫时间86天。试验结果如图1所示。
从图1可以看出，不同生育期糙米Cd积累浓度变化范围为0.07mg·kg-1～1.4mg·kg-1，其贡献率的大小为F>G、S>Y、R>C，其中F、G及S分别占糙米积累Cd量浓度的36.4％、18.2％、16.4％，说明糙米中Cd主要来源为分蘖期Cd积累后的转移、灌浆乳熟期时随营养物质传输的积累以及成熟期稻米继续成熟过程中吸收、积累的Cd。当然值得注意的是，乳熟期作为水稻稻米形成的重要阶段，Cd积累量并不低，贡献率也较高，表现为11.2％。而幼苗期却也表现出较高的贡献率，可其处理时间并不长，究其原因，可能是由于幼苗吸收速率较高，吸收、积累了较多的Cd的缘故。综合来看，营养生长阶段、生殖生长阶段对米镉积累的贡献率约各占一半。
综上结果表明：水稻糙米中Cd主要来源为分蘖期根、茎、叶积累Cd的转移(36.4％)、灌浆期随营养物质传输的积累(18.2％)以及成熟期的吸收与积累(16.4％)，营养生长阶段与生殖生长阶段对米镉积累的贡献约各占一半。

Claims (3)

1.一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法，其特征在于包括下列步骤：
选取生长长势均衡的5叶1心水稻幼苗，经过去泥、去离子水清洗后移栽入营养液培育装置，在试验期间，每日添加蒸发水量，保持水量不变，每2d用400g·L-1NaOH溶液调节培养液的酸碱度，使pH值保持在5.0～5.5的范围之内，每4日更换一次营养液；
设计7个处理水平：不添加外源Cd(CK)、幼苗期后不添加外源Cd/Y、分蘖期后不添加外源Cd/F、抽穗期后不添加外源Cd/C、灌浆期后不添加外源Cd/G、乳熟期后不添加外源Cd/R、全生育期添加外源Cd/S，培育至成熟；
根据各处理水稻接受外源镉胁迫的时间长短进行逐一相减，得到不同生育期——幼苗期、分蘖期、抽穗期、灌浆期、乳熟期、成熟期对米镉积累的贡献百分比，发现不同生育期糙米Cd积累浓度变化范围为0.07mg·kg-1～1.4mg·kg-1，各生育期贡献率大小为F>G、S>Y、R>C，其中分蘖期F、灌浆期G及全生育期S分别占糙米积累Cd量浓度的36.4％、18.2％、16.4％，由此得到糙米中Cd主要来源为分蘖期Cd积累后的转移、灌浆乳熟期时随营养物质传输的积累以及成熟期稻米继续成熟过程中吸收积累的Cd。
2.根据权利要求1所述的一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法，其特征在于，所述外源Cd添加浓度为50μg·L-1。
3.根据权利要求1所述的一种探究水稻不同生育期吸收积累Cd对米镉积累影响的方法，其特征在于，所述营养液培育装置为聚乙烯材质的40桶，上口径为40cm，下口径为30cm，桶高25cm，每桶盛基础营养液10L，微量元素贮备液10ml，所述水稻幼苗采用泡沫塑料育苗盘和定植篮进行固定。
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