杂交水稻对土壤Cd的吸收及其籽粒Cd、Zn的关系——土壤和品种的交互影响

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由于工业污染、污水灌溉、污泥施用以及施肥等原因,我国农田土壤Cd污染问题日趋严重,对我国的食物安全和生态安全构成了严重的挑战。许多研究表明,通过土壤一作物一食物系统的迁移是人类摄取Cd的主要途径。水稻是我国的重要粮食作物,稻米是我国人民传统的主要食物来源。当前,杂交水稻是我国水稻生产的主要栽培品种。为了保障粮食安全供应,我国正在推广单产达9t·hm<-2>以上的超级稻。然而许多研究表明,水稻籽粒对土壤Cd吸收在大宗农作物中是最强的,在工矿污染条件下甚至可能产生“镉米”,严重危害人类健康。 尽管当前研究同种条件下不同水稻品种或基因型对Cd吸收影响的文献较多,但还不足以说明田间条件下土壤与品种两者之间的交互作用对水稻Cd的吸收积累及其对食物安全的影响。本课题组已研究报道了土壤-品种交互作用可使常规稻对Cd的吸收积累达到严重的安全风险程度,但还不清楚这种土壤-基因型交互作用对杂交水稻尤其是超级稻的Cd吸收和籽粒积累的影响如何。因此,本研究选择2种杂交水稻(普通杂交稻“汕优63”和超级稻“Ⅱ优明86”)与乌栅土和红沙泥田2种不同性质水稻土为材料,采用外加Cd(2.5mgCd/kg土)和不外加Cd处理进行盆栽试验,研究了水稻对土壤中Cd的吸收及籽粒积累特点。 结果表明,杂交水稻对Cd的吸收及籽粒积累依土壤、品种及二者的交互作用而变化。杂交稻对土壤中原有Cd的吸收与积累,基因型影响高于土壤类型的影响,但对外源Cd的吸收与籽粒积累,土壤类型的影响强于品种基因型;而土壤与品种问的正交互作用(Cd吸收强的超级稻种植于土壤Cd化学有效性高的红沙泥田)可使水稻籽粒Cd积累成倍提高。说明在未污染条件下,杂交稻对Cd的吸收与籽粒积累主要受品种的吸收能力控制,而在污染条件下,土壤化学性质对Cd有效性的影响成为土壤-水稻系统Cd迁移的主要控制因素。 从食物安全风险考虑,在酸性土壤中或污染条件下,超级稻对Cd的吸收与籽粒积累十分强烈,就地消费人群的籽粒Cd暴露风险水平达到数倍于临界摄入剂量水平。加Cd处理下,汕优63中Cd滞留于根部,而Ⅱ优明86则有较强的将Cd向上运输的能力。计算表明,Ⅱ优明86籽粒Cd积累的不利效应远远超过其产量的增加效应。 本实验结果还显示,土壤-水稻系统中Cd的迁移与籽粒积累受到品种及基因型、土壤化学条件、Cd污染水平以及土壤-品种的相互作用的影响,与常规稻相比,高产的杂交稻和超级稻有促进籽粒Cd吸收同时排斥Zn的明显趋势。这在我国食物缺锌较为普遍的情况下将加剧Cd的健康危害。因此,在高产水稻育种中必须考虑水稻对Cd吸收的基因型差异与籽粒Cd的暴露风险,推广高产杂交水稻种植时应根据其对Cd的吸收特性考虑土壤-品种的合理布局。由于水稻籽粒中存在排斥Zn的作用,可能会恶化稻米Cd的毒性,应该在我国水稻生产中予以密切关注。本研究可以为评价超级稻对就地消费人群的食物安全及今后推广超级稻中土壤和品种的合理布局,以及控制食物Cd暴露风险提供依据。
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