矿区周围稻米重金属积累及健康风险分析

选用杂交稻、常规稻和糯稻3个水稻品系共21个水稻品种在广东大宝山矿区周围重金属污染土壤中进行大田试验,研究Cu、Zn、Pb、As和Cd 5种重金属元素在不同水稻品种(品系)稻米中的积累状况,并进行健康风险评价分析。结果表明,供试水稻稻米中Cd和Pb超标率很高,分别为100%和71.43%;Cu和As超标现象不严重,超标率分别为4.76%和14.29%;Zn含量均不超标。供试水稻品系中常规稻和糯稻稻米对Cu、Zn、Pb、Cd的积累能力较高,杂交稻则较低;但杂交稻稻米对As的积累能力高于其他2个品系。稻米中Cu、Zn、Pb、As和Cd含量与稻谷生物量均呈负相关关系,其中Pb含量与稻谷生物量呈显著负相关。供试水稻稻米对5种重金属的富集能力由高到低排序为Cd>Zn>Cu>As>Pb。本研究表明供试土壤中Cd和Pb对人体健康存在比较严重的潜在威胁,Cu、Zn和As对人体健康的潜在危害较小,应重点关注大宝山矿区稻米Cd和Pb的重金属污染问题及其对人体健康的潜在危害。     

不同品种水稻对Cu积累分配的差异

以21个水稻品种（包括常规稻、二系杂交稻、三系杂交稻）为材料,通过室内盆栽试验探讨了Cu在不同品种水稻根-茎-叶-籽粒（糙米）中的积累分配的差异。结果表明,供试水稻品种根、茎、叶、籽粒中Cu含量的均值分别是67.35、16.24、8.29、11.62mg·kg-1,多数水稻品种Cu的含量顺序是根茎籽粒（糙米）叶,但也有少部分水稻品种Cu的含量顺序是根籽粒（糙米）茎叶。各器官的Cu含量在不同品种间存在显著差异,其中以根和籽粒Cu含量的差异最大,茎次之,叶最小。常规稻根部Cu含量显著低于杂交稻,而叶中Cu含量显著高于杂交稻,但两者的茎和籽粒中Cu含量没有明显的差异。三系杂交稻根、茎、籽粒Cu含量显著高于二系杂交稻,而叶的Cu含量两者差异不显著。不同遗传背景的水稻各器官对Cu积累也存在不同程度的差异。相关分析结果表明,不同品种水稻相邻器官（根与茎,茎与叶）的Cu含量呈极显著正相关,相间器官（根与叶、籽粒,茎与籽粒）的Cu含量呈显著正相关,地上部各器官Cu的转运系数相互之间呈极显著的正相关。     

砷污染土壤中不同基因型水稻根表铁膜的形成及其对砷吸收和转运影响

采用土壤盆栽试验法,研究6个不同基因型水稻品种根表铁膜形成及其对As吸收、转运的影响。结果表明,水稻形成根表铁膜在不同基因型品种之间差异显著（p<0.001）,其中品种94D-22形成铁膜量（以Fe含量计）是品种圭630的1.5~1.8倍,添加As处理对水稻根表铁膜形成影响不显著。低As含量的对照土壤中,水稻根表铁膜量与根系As含量存在着显著的正相关关系（r=0.657,n=24,p<0.01）,与As转移系数呈显著的负相关关系(r=-0.612,n=24,p<0.01）。土壤添加As后,水稻根表铁膜量与茎叶As含量存在显著的正相关关系（r=0.653-0.673,n=24,p<0.01）,与As转运之间无显著相关性。比较生长于As污染土壤的不同水稻品种,科优1360茎叶积累As较少,且其根系转运As能力也较差,而品种94D-22正好相反。研究结果表明,在As含量较低的土壤中,水稻根表铁膜的存在可成为根系As的障碍层,阻止As向地上部转运;但在As含量较高的土壤,根表铁膜的存在却促进了水稻茎叶对As的积累,其对As的转运没有显著影响。人们可通过作物品种筛选来防治土壤As污染危害、降低As对人体健康的威胁。     

玉米秸秆生物炭对水稻不同生育期吸收积累As、Cd的影响

近年来稻米As、Cd含量超标的事件屡有发生,稻米质量安全问题日益突出。通过盆栽种植水稻,向As、Cd复合污染土壤中分别添加质量分数为1.00%的玉米秸秆粉末(CS)和不同温度(300、400、500℃)下制备的玉米秸秆生物炭(CB-300、CB-400、CB-500),分析水稻分蘖期、抽穗期及成熟期各部位或器官中As、Cd含量变化,探讨不同处理对复合污染土壤水稻产量的影响。结果表明,不同时期水稻As、Cd含量分布规律为:根部茎部叶部糙米;玉米秸秆粉末和玉米秸秆生物炭的添加能一定程度上阻碍土壤As、Cd向水稻迁移,与CK相比,各处理均能显著降低不同时期水稻各部位Cd的含量(P0.05),CB-500处理在三大关键生育期处理效果最佳;玉米秸秆生物炭的施加能降低不同时期水稻各部位As的含量,但各处理未达到显著水平;水稻产量方面,与CK相比,生物炭处理和秸秆粉末处理使水稻增产6.93%~55.36%。研究结果可为生物炭对砷镉复合污染土壤的治理与水稻安全生产提供理论依据和数据支持。     

不同南方籼稻品种对土壤锑的富集及其健康风险评估

为探讨不同水稻品种对土壤锑(Sb)的富集能力,本文采用福建部分区域13个籼稻品种的稻米和对应的表层土壤样品(138对),研究了不同品种水稻对土壤Sb的富集能力和累积特征,并评估了稻米Sb对人类健康的潜在风险.结果表明,调查区域土壤Sb全量介于0.12—1.02 mg·kg~(-1),其中39.5%的土壤Sb全量高于福建土壤Sb的背景值;水稻不同部位Sb含量依次为:根叶茎糙米;不同水稻品种糙米中Sb含量介于2.2μg·kg~(-1)(宜优673)和14.6μg·kg~(-1)(Ⅱ优673)之间;水稻对土壤有效Sb的平均富集系数表现出明显的品种差异,常规稻(东联5号)和两系杂交稻(培杂泰丰、扬两优6号)的富集系数均处于中-低水平.风险评估结果表明,在未遭受Sb污染的农田上生产的籼稻稻米中的Sb不至于对人体健康构成危害.     

珠江三角洲稻田土壤砷及其向水稻籽粒迁移特征

采集珠江三角洲区域水稻(Oryze sativa L.)植株的根系、秸秆、稻谷和对应的耕层土壤(0～15锄)样品,分析土壤和水稻植株中砷含量,初步研究土壤砷与土壤基本理化性质的关系及砷在土壤-水稻系统中的迁移规律.结果表明,土壤砷含量在1.83～18.14 mg·kg~(-1)之间,土壤砷与土壤有机质、砂粒含量呈显著负相关,与土壤粉粒含量呈显著正相关.糙米中的砷含量在0.21～0.43mg·kg~(-1)之间,均未超过国家食品卫生标准(0.7mg·kg~(-1)),砷在水稻植株中的分布规律为根>秸秆>颖壳>糙米.糙米砷含量与秸秆砷含量呈极显著正相关,与秸秆中P/As、Si/As摩尔比呈极显著负相关,因此,降低秸秆中As的积累、增加秸秆中P、Si的积累可降低水稻籽粒中的砷含量.     

富硅或富磷育秧降低水稻砷含量的效果及其分子机制

砷(As)主要通过硅和磷通道进入水稻根系,合理的硅和磷施用方式可有效调控水稻对As的吸收转运。研究通过在水稻育秧阶段进行硅或磷富集,探讨富硅或富磷秧苗移栽至As污染土壤后对糙米As含量的影响及分子机制。试验结果表明,富硅或富磷育秧在不影响生长的前提下,可使秧苗的硅或磷整株吸收量分别增至对照的19.6和2.3倍。与常规育秧相比,富硅育秧处理糙米中总砷、三价砷、五价砷以及二甲基砷含量分别降低31.1%、32.1%、58.3%、33.5%。富磷育秧对糙米总砷含量没有显著影响,但使糙米五价砷含量降低59.2%。富硅或富磷育秧可显著增加As在水稻根系中的滞留且不同程度影响As在水稻各部位之间的转移系数。根系As转运基因相对表达量的分析结果表明,与对照相比,富硅育秧对OsLsi1的相对表达量没有显著影响,使OsLsi2的相对表达量下调26%,OsABCC1的相对表达量上调203%;富磷育秧对OsPT1的相对表达量没有显著影响,使OsPT4以及OsPT8的相对表达量分别下降51%和71%,OsABCC1的相对表达量上调22%。综上,富硅或富磷育秧可通过调控水稻根系As相关转运基因的表达来影响水稻对A...     

高砷煤矿污染稻田水稻对砷的吸收与赋存特征研究

为研究砷污染稻田水稻(Oryza sativa L.)各器官(根、茎、叶、稻壳、稻米)在拔节期、灌浆期、成熟期对不同形态砷的富集、吸收、转运和分布特征,以贵州省兴仁县高砷煤矿区砷污染稻田的水稻为研究对象,采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法测定水稻各生育时期各器官中形态砷含量。研究表明,随着水稻生长,根部对As的富集逐渐降低,而水稻茎、叶部对As富集并未随根部As含量降低而降低;拔节期至灌浆期是茎、叶部对As富集的主要生长期。不同生育时期水稻根部主要富集As(Ⅴ),但水稻向茎部主要输送As(Ⅲ),在成熟期茎、叶部和稻米中As(Ⅲ)占总砷含量的70%以上。拔节期根部阻留As能力和茎部向叶部输送分配As的能力都相对较强,但随着水稻生长而逐渐减弱。水稻成熟期茎部与叶部相比,可能更易赋存As(Ⅴ)。成熟期水稻各部位As(Ⅲ)含量比值为根?茎?叶?稻壳?稻米=91.6?20.5?6.3?1.6?1;As(Ⅴ)含量比值为根?茎?叶?稻壳?稻米=620.8?12.2?5.7?4.7?1。水稻各器官吸收不同形态砷的同时,会保持体内As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的平衡。研究结果可为深入认识矿业背景条件下砷在水稻中的富集及形态分布提供参考。     

水稻基因类型与生长环境对精米中砷积累的影响

砷(As)是动植物非必需的有毒类金属。水稻是对As有较强吸收和富集能力的大宗粮食作物,大米的食用是我国及东南亚地区人体暴露As的最主要途径,严重威胁人体健康。水稻籽粒中As的积累与水稻的基因型及众多环境因子密切相关,而且表现出复杂的交互作用。在浙江省选择了不同土壤砷背景值的5块水稻田,同时在嘉兴市农科院布置了人工添加As的盆栽实验,比较了20个水稻品种在这6个实验点的精米中As含量。结果表明,水稻基因型与环境及其相互作用对水稻籽粒中As的积累均有极显著影响,并且筛选得到了5个精米中As含量较低的基因型:秀水128、秀水09、秀水134、甬粳16和Y-05-8。     

砷胁迫下水磷耦合对不同磷效率水稻根表铁膜及其各部位砷含量的影响

为探索缓解水稻砷毒害的农艺措施,以耐低磷水稻99011和低磷敏感水稻99012为材料,通过土培试验,研究水分、磷用量及其交互作用对不同砷浓度酸性土壤中水稻根表铁膜以及植物体内砷分配的影响。结果表明,节水灌溉(干湿交替)明显减少水稻根表铁膜量,降低铁膜、根系、秸秆、颖壳和精米中的砷含量。与30mg·kg-1P2O5相比,180mg·kg-1P2O5能明显减少两个品种水稻的根表铁膜量以及根系和秸秆中的砷含量;对耐低磷品种铁膜砷含量影响不大,但显著降低磷敏感品种铁膜砷含量;在50mg·kg-1砷处理中增加磷用量对水稻颖壳砷含量影响不大,在100mg·kg-1砷处理时能显著降低颖壳砷含量;增加磷用量可明显增加耐低磷品种的精米砷含量,降低磷敏感品种的精米砷含量。水、磷交互效应主要受水分效应的影响。加砷处理后,相同处理下耐低磷品种的根表铁膜量和铁膜中的砷含量显著高于磷敏感品种,而根系、秸秆、颖壳和精米中的砷含量则相反。研究表明,可以通过节水灌溉,并根据砷污染程度和植物磷营养特性确定适当的磷肥用量,从而减少砷在水稻体内的累积,提高食品安全。     

基于GGE双标图和BLUP分析筛选镉砷同步低累积水稻品种

种植重金属低累积水稻品种是中国耕地重金属污染稻田安全生产的有效措施,为筛选镉砷同步低累积水稻品种,该研究通过测定盆栽、早稻季、晚稻季3个试验环境中18个水稻品种稻米镉砷含量,利用基因型主效加基因型——环境互作效应(GGE)双标图分析品种稻米镉砷低累积能力、稳定性、环境适应性,进一步通过最佳线性无偏预测(BLUP)法验证和筛选出镉砷同步低累积水稻品种。研究结果表明,3个试验中稻米镉砷含量差异显著,稻米镉含量为0.20—4.21 mg·kg^?1,稻米砷含量为0.03—4.24 mg·kg^?1,稻米镉差异来源主要受品种与环境互作的影响,占总影响的45.4%,稻米砷差异主要受环境和品种与环境互作的影响,分别占总影响的39.8%和33.6%。GGE分析稻米镉、砷低积累能力及稳定性好的品种分别为品种14、15与9和品种9、14与17。根据稻米镉砷含量综合BLUP值筛选出镉砷同步低累积最优品种为品种14(Y两优19),其次是品种9(晶两优华占),和GGE模型评价的结果基本一致。该研究结果表明利用GGE双标图和BLUP分析筛选镉砷同步累积水稻品种是一种可行的新方法。     

Water management affects arsenic and cadmium accumulation in different rice cultivars

Paddy rice (Oryza sativa L.) is a staple food and one of the major sources of dietary arsenic (As) and cadmium (Cd) in Asia. A field experiment was conducted to investigate the effects of four water management regimes (aerobic, intermittent irrigation, conventional irrigation and flooding) on As and Cd accumulation in seven major rice cultivars grown in Zhejiang province, east China. With increasing irrigation from aerobic to flooded conditions, the soil HCl-extractable As concentrations increased significantly and the HCl-extractable Cd concentrations decreased significantly. These trends were consistent with the As and Cd concentrations in the straw, husk and brown rice. Water management both before and after the full tillering stage affected As and Cd accumulation in the grains. The intermittent and conventional treatments produced higher grain yields than the aerobic and flooded treatments. Cd concentrations in brown rice varied 13.1–40.8 times and As varied 1.75–8.80 times among the four water management regimes. Cd and As accumulation in brown rice varied among the rice cultivars, with Guodao 6 (GD6) was a low Cd but high-As-accumulating cultivar while Indonesia (IR) and Yongyou 9 (YY9) were low As but high-Cd-accumulating cultivars. Brown rice Cd and As concentrations in the 7 cultivars were significantly negatively correlated. The results indicate that As and Cd accumulated in rice grains with opposite trends that were influenced by both water management and rice cultivar. Production of ‘safe’ rice with respect to As and Cd might be possible by balancing water management and rice cultivar according to the severity of soil pollution.     

不同水稻品种对镉积累的差异及其与镉亚细胞分布的关系

采用土培试验,以籽粒Cd低积累水稻品种(越冬稻和R1088)和籽粒Cd高积累水稻品种(IR34582和太粳558)为试验材料,研究成熟期水稻在Cd0(不加Cd)、Cd5(5 mg·kg~(-1))和Cd25(25 mg·kg~(-1))胁迫下,Cd在水稻各组织中的积累差异及其与Cd亚细胞分布的关系,为培育Cd低积累水稻品种和水稻安全生产提供科学依据。结果表明:(1) Cd胁迫下,约65%～83%的Cd积累于根系,低积累品种根系Cd含量显著高于高积累品种,而地上部却相反;(2)高积累品种往地上部转运Cd的效率以及地上部各组织往籽粒转运Cd的效率均显著高于低积累品种;(3) Cd胁迫下,低积累品种根中细胞壁(F1)、细胞器(F2)、细胞膜(F3)和可溶部分(F4)中Cd含量显著高于高积累品种,而茎、叶鞘和叶中却相反;(4)低积累品种根和茎中F1中Cd分配比例均显著高于高积累品种,而F4中Cd分配比例却相反;在叶鞘和叶中,F1、F4中Cd分配比例在不同品种之间无显著差异。(5) Cd胁迫下,TF_(根-茎)和TF_(茎-糙米)均与F1中Cd分配比例成显著负相关关系,而与F4中Cd分配比例成显著正相关关系。综上,高积累品种往地上部转运Cd的能力强于低积累品种;低积累品种根和茎中细胞壁限制了Cd的迁移;而高积累品种根和茎中可溶部分在Cd从根部向上以及从茎向籽粒转运过程中起着重要作用。     

根表铁锰膜对不同生育期水稻吸收和转运As的影响

采用土壤盆栽试验法,研究不同生育期水稻根表铁锰膜形成及其对As吸收和转运的影响。结果表明,两个水稻品种YD6和NK57均在分蘖期形成的铁锰膜量最多,成熟期形成的铁锰膜量最少。水稻根系和茎叶吸收积累As随着水稻不同品种和不同生育期变化较大,As的吸收和积累与铁锰膜形成存在相关性。与分蘖期相比,YD6和NK57成熟期根系As含量分别减少81.6%和62.1%。孕穗期YD6和NK57茎叶As含量分别比分蘖期减少86.4%和65.5%,比成熟期减少87.8%和67.1%。分蘖期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe或DCB-Mn浓度均呈显著的负相关关系,而孕穗期水稻根系和茎叶As含量与DCB-Fe浓度呈显著的正相关关系,说明不同生育期铁锰膜对水稻植株吸收和转运As的影响不同。两个水稻品种不同生育期,As均主要富集和分配在根表铁锰膜中,铁锰膜中As的分配比率达62.9%～84.9%。NK57从根表铁锰膜、根系和茎叶向籽粒转运As的能力比YD6强,籽粒中As含量是YD6的2.1倍。结果表明可以通过选育As低积累和低转运的水稻品种,来降低污染地区As对人体健康的威胁。     

水稻根系生长发育对CO2浓度升高的响应及其品种间的差异

Minirhizontrons是一种非破坏性、定点、可直接观测和研究植物根系的新方法。利用微根管Minirhizotrons在试验田的温室大棚内研究CO2浓度升高作用下的水稻根系生长发育,试验采用完全随机处理,探讨CO2浓度升高（800μmol·mol-1）对水稻（Oryza sativa L.）生物量和根系形态的变化差异。结果表明,与CO2对照相比,CO2浓度升高显著增加4个水稻品种（2种杂交籼稻和2种常规籼稻）的地上部生物量,增幅为8.58%-12.66%,平均增加10.61%。CO2浓度升高条件下,根的生物量分别增加了3.16%-12.13%,平均增加8.64%。高CO2浓度对根系形态的影响表明,4种水稻根系对CO2浓度升高都有积极的响应。CO2浓度升高条件下,各根系指标在水稻不同生育期都有显著增加,根长密度、表面积、体积和根数的平均增幅分别为10%-27%、21%-24%、20%-58%和4%-18%。但在水稻生长发育过程中,品种间也存在着差异。CO2浓度升高和对照处理,籼型杂交稻威优644（V644）和金优207（JY207）的根长密度和根数表现出相似的变化趋势;高CO2浓度处理时其根长密度平均都增加了10%,根数平均增加4%和8%。CO2浓度升高和对照处理,2种籼型杂交水稻的根体积和表面积表现出较快的增长幅度,都呈现出近线性的生长趋势;CO2浓度升高处理下其根体积平均增加40%和25%,表面积平均都增加了24%。CO2浓度升高和对照处理,籼型常规稻湘晚12号（XW12）和丰华占（FHZ）的生长变化趋势表现一致,生长发育后期达到一个近似饱和的拐点。CO2浓度升高条件下其根长密度、根数和根体积分别平均增加27%和24%、18%和11%、58%和20%,根表面积平均都增加了21%。     

不同磷浓度下水稻短根突变体与野生型对五价砷吸收和转运的差异

为研究水稻根形态及磷营养状况对水稻吸收和转运五价砷的调控作用,采用水培的方法,研究了在不同外部磷浓度(0、10、50、150、300μM KH2PO4)下水稻(Oryza sativa L.)短根突变体与野生型短期内对五价砷(10μM Na3AsO4)吸收和转运的差异.结果表明,水稻根形态(短根突变体与野生型)和磷营养状况均能对水稻吸收和转运五价砷产生显著影响:1)磷能竞争性抑制水稻对五价砷的吸收,随营养液中磷浓度的增加,水稻地上部和地下部五价砷含量、单位根干重砷吸收量(根系砷吸收能力)均显著降低;2)水稻短根突变体对五价砷的吸收能力低于野生型,但转运能力高于野生型.     

Influence of iron plaque on chromium accumulation and translocation in three rice (Oryza sativa L.) cultivars grown in solution culture

Hydroponic experiments were conducted to investigate the role of iron plaque on root surface in chromium accumulation and translocation in three rice cultivars (90-68-2, CDR22 and Jin 23A). Rice seedlings were grown under 1.0 mg L^?1 trivalent chromium (Cr(III)) stress with and without phosphorus (P) treatments. P addition significantly increased the shoot and root biomass in all three rice cultivars. In the absence of P, the amounts of iron plaque (DCB-extractable Fe) on the root surface increased resulting in the increase of Cr accumulation in iron plaque. Compared to that with P treatment, Cr concentrations in iron plaque without P treatment were enhanced by 2–3 folds in the three rice cultivars. There was a significantly positive correlation between DCB-extractable Cr and DCB-extractable Fe on the root surface of the three rice cultivars. There were no significant effects on Cr concentration in roots and shoots between P treatments, but significant differences among cultivars were observed. Cultivar Jin 23A had the lowest Cr concentration both in roots and shoots regardless of P treatment. The results suggest that iron plaque could be a trap for immobilising Cr from environment but may not affect Cr uptake and translocation. Screening and breeding the cultivars with low Cr accumulation is considered as the most effective approach in Cr contaminated areas.     

茉莉酸甲酯(MeJA)对水稻幼苗的抗旱生理效应

茉莉酸类物质(Jas)是植物体内广泛存在的生长调节物质,它作为内源信号分子参与植物在机械伤害、病虫害、干旱、盐胁迫、低温等条件下的抗逆反应。选用抗旱性存在明显差异的两个水稻(Oryza sativa L.)品种中二欧六和丰华占作为实验材料,通过设置对照、干旱、干旱 茉莉酸甲酯(MeJA)三种处理研究了茉莉酸甲酯对水稻幼苗的抗旱生理效应。研究结果表明,干旱胁迫后两个水稻品种幼苗叶片水势均显著降低,而干旱后喷施茉莉酸甲酯能明显增加叶片的水势,改善叶片的水分状况,抗旱性强的品种水势增加幅度较大。干旱胁迫后水稻叶片的抗氧化酶活性,包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)和有机渗透调节物质,包括可溶性糖、脯氨酸及游离氨基酸含量均大幅度上升,而干旱 茉莉酸甲酯处理则能降低了这些物质的含量,两个水稻品种的变化趋势表现一致。研究结果表明外施茉莉酸甲酯在一定程度上能减缓干旱胁迫对水稻幼苗造成的伤害,有效地提高抗旱性,但这这种增强效应在不同水稻品种间存在一定差异。