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摘要采用盆栽试验，研究了不同浓度植物阻滞剂处理下水稻全生育期内镉在不同部位的分配累积规律。结果表明：随喷施浓度的增加，各处理镉含量降低，各部位镉含量为根>茎>叶>子粒；根部镉含量随时间的变化规律为分蘖期>拔节期>成熟期>孕穗期>秧苗，而茎中镉含量变化规律为分蘖期>孕穗期>成熟期>拔节期>秧苗，叶中的镉含量为成熟期>分蘖期>孕穗期>拔节期>秧苗；植物阻滞剂对镉的吸收和运转有明显的阻滞作用，且作用部位主要在叶部。
关键词水稻；镉；植物阻滞剂
中图分类号S482.8+92文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）29-143-02
近几十年来，土壤重金属污染作为一种新的污染现象受到了大量关注，而镉更是其中的重点。镉（Cd）是一种生物毒性较大的元素，在食物链中迁移性强。土壤中的镉主要来自于土壤本体和人为带入，包括农药化肥、灌溉、大气沉降、生产生活废弃物等[2-4]。因其隐蔽性大、毒害性强，故被世界卫生组织和欧盟美国等列为高危害有毒物质和致癌物，20世纪60年代日本因镉中毒曾出现“痛痛病”，是首次大规模发现镉污染中毒事件，之后类似的情况开始不断出现，而湖南省作为水稻主产区和有色金属之乡，镉大米事件近年来更是屡见不鲜。
镁、锌是植物必需矿质元素，对植物的生长和发育有重大作用。镁对于植物细胞内叶绿体的构成有重要作用，有学者研究发现镉与锌在植物体内的吸收、分配呈显著负相关性。而硒通过参与水稻体内的蛋白质代谢、能量代谢、抗氧化作用以及与其他元素的相互作用来影响其生长发育。笔者用含镁、锌和硒的溶液为材料，研究了其对水稻中镉积累和分布的影响，旨在为水稻安全化生产提供理论依据。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1供试作物。供试的水稻品种为“五丰优T025”，播种时间为2014年7月3日，移栽时间为7月30日，收割时间为10月25日。
1.1.2供试土壤。土壤 pH为5.1，土壤全氮2.36 g/kg，全磷1.15 g/kg，全钾41.00 g/kg，有机质38.00 g/kg，碱解氮148.000 mg/kg，有效磷16.200 mg/kg，速效钾67.000 mg/kg。全镉含量为0.337 mg/kg，用硝酸镉将土壤中镉含量调整到1.000 mg/kg。
1.1.3供试植物阻滞剂。植物阻滞剂成分为EDTA（含量为25%）、KNO3（含量为20%）、NaNO3（含量为7%）、Zn（NO3）2（含量为12%）、Mg（NO3）2（含量为23%）、Na2SeO3（含量为3%）、CMC（含量为10%）。
1.2试验设计
试验在湖南农业大学中南烟草试验站进行，设如下5个处理：T1——浓度为1∶200的植物阻滞剂；T2——浓度为1∶400的植物阻滞剂；T3——浓度为1∶600的植物阻滞剂；T4——浓度为1∶800的植物阻滞剂；CK——空白对照。每个处理5次重复。每盆装土10 kg，每个处理10盆。植物阻滞剂自移栽7 d后，每14 d喷施一次，按照300 ml/hm2稀释后喷施。其他栽培措施按正常习惯管理。
1.3样品采集与检测
1.3.1样品采集。在喷施植物阻滞剂5 d后，于水稻移栽期、分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期进行取样，将所取水稻样品先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗，105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重。
1.3.2土壤镉全量测定。称样0.25 g左右于消煮管中，采用HNO3H2O2HF微波消解，定容至100 ml后过滤，用ICPMS测定溶液镉浓度。
1.3.3水稻植株镉含量测定。称样0.30 g左右于消煮管中，采用 HNO3H2O2微波消解，定容后过滤，用ICPMS测定镉含量。
1.3.4土壤基本理化性质测定。按《土壤农业化学分析方法》进行。
1.4数据处理采用DPS软件及 Microsoft Excel 2003软件进行数据的统计分析。
2结果与分析
2.1不同部位中镉含量的变化
由表1可知，所有处理的镉含量均为根>茎>叶>子粒，施用阻滞剂后，各处理随着阻滞剂浓度的升高，镉含量均呈下降趋势，说明阻滞剂对镉含量有显著的阻滞作用。在根部，随着浓度的增加，根部镉含量逐渐下降，T4与CK无显著性差异，T1、T2、T3与CK差异显著。茎部镉含量表现为处理与对照差异显著，且T1与T2、T3、T4也呈显著性差异。叶处理与对照呈显著性差异。稻谷中，各处理与对照呈显著性差异，且T1、T2与T3、T4也呈显著性差异，说明阻滞效果与阻滞剂浓度有明显的关联性，随浓度的增加，阻滞效果增强。
2.2不同时期水稻各器官镉含量的变化
2.2.1水稻根部镉含量变化规律。
由表2可知，水稻根部镉含量呈现出先上升后降低最后再上升的趋势，最大吸收期在分蘖期和成熟期。从各时期来看，各处理在秧苗期含量无差别，说明在该时期各个处理对水稻根部的影响不大；在分蘖期，各处理根部镉含量均低于对照，但无显著差异，且在该时期，各处理根部镉含量均达到最大值，表明分蘖期是水稻大量吸收镉的一个时期；在拔节期，镉含量按照从高到低的顺序为CK>T4>T3>T2>T1，且各处理与对照的差异显著，降低的幅度分别为19.9%、27.3%、32.1%、46.2%；孕穗期，其镉含量仍为CK>T4>T3>T2>T1，且处理与对照相比差异显著，而各处理之间无明显差异；成熟期，镉含量为CK>T4>T3>T1>T2，其中T4与对照无显著性差异，T1、T2、T3与对照差异显著。
2.2.2水稻茎部镉含量变化。
由表3可知，水稻茎中镉含量的变化规律为先分蘖期迅速上升，拔节期稍下降后又上升的趋势，从具体含量上来看，茎为镉积累的主要器官之一。而各处理与对照相比，在秧苗期、分蘖期、拔节期和孕穗期无显著差异，秧苗期对照与各处理镉含量基本一致，而在分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期均表现为CK>T4>T3>T2>T1；在成熟期，对照与各处理之间有显著差异，且T1与各处理之间也呈现显著差异。 2.2.3水稻叶片镉含量变化。
由表4可知，水稻叶片镉含量变化幅度较大，呈“M”型变化趋势，在分蘖期迅速增加，拔节期后又降低，孕穗期后又上升，成熟期稍降低，说明在分蘖期叶片大量累积镉，而在拔节期由于镉的积累速度远远小于其他物质的积累而迅速下降，各处理与对照仅在成熟期有显著性差异。各处理镉含量在分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期均是CK>T4>T3>T2>T1，但各处理之间并无显著性差异，而在秧苗期，各处理与对照镉含量基本一致。
3讨论与结论
镉对植物的毒害作用直接表现为对光合作用的影响，较高浓度下表现为叶缘变褐色，叶片卷曲失绿，叶柄叶脉变红，光合作用受抑制，最终影响植物生长，降低产量和品质。有研究表明，镉通过破坏光合器官和色素，抑制叶绿素Hill反应，降低叶绿素含量，抑制RuBP羧化酶活性，影响二氧化碳固定，降低PSI和PSII活性等方式来降低植物光合速率。McKenna等报道了锌可阻止镉由根部转运至莲叶，从而降低莴笋和菠菜中的镉含量。彭克勤等研究表明，从早稻分蘖期以灌溉水形式施硒，灌浆期净光合速率明显提高，促进气孔开放、降低气孔阻力，且提高了实粒数，减少了空粒。He等用盆栽试验观察施锌、硒对蔬菜中钯、镉含量的影响，结果表明，施锌、硒均能明显降低白菜、莴苣中钯、镉含量。在该试验中，通过补充镁元素来提高光合作用，消除镉的毒害作用；用锌和硒来拮抗水稻对镉的吸收和向水稻子粒中的转移，从试验结果上看是成功的。
镉主要是从水稻根部吸收，并通过茎叶运输到果实，在该运输过程中，镉含量递减，而在喷施植物阻滞剂后，水稻吸收镉的总量降低且吸收的镉主要存在于根部和叶部，说明植物阻滞剂对镉的吸收和运输产生了明显的阻滞效果，这与Oliver等的研究结论“硒和锌对镉的拮抗作用”一致。
施用植物阻滞剂后，浓度为1∶200、1∶400、1∶600处理的镉浓度均低于国家标准0.200 mg/kg，但浓度为1∶600处理的镉浓度处于临界值，所以只有1∶200、1∶400浓度处理具有实际应用价值，且1∶400浓度处理是最优选择，说明植物阻滞剂需要一定浓度才有效果。
目前对土壤镉污染主要采取的方法有客土法、化学淋洗法、土壤调理剂修复法、植物富集吸收法等，这些方法虽然效果较好但存在成本高、操作难等弊端，而喷施植物阻滞剂的方法操作简便、成本低廉，有较好的研究、推广价值。
参考文献
[1]
VERKLEIJ JOS A C， GOLANGOLDHIRSH A， ANTOSIEWISZ D M， et al.Dualities in plant tolerance to pollutants and their uptake and translocation to the upper plant parts[J].Environmental and experimental botany， 2009，67（1）： 10-22.
[2] DAS P， SAMANTARAY S， ROUT G R.Studies on cadmium toxicity in plants： A review[J].Environmental pollution， 1997， 98（1）： 29-36.
[3] ARDUINI I， ERCOLI L， MARIOTTI M， et al.Response of miscanthus to toxic cadmium applications during the period of maximum growth[J].Environmental and experimental botany， 2006， 55（1/2）： 29-40.
[4] SINGH S， EAPEN S， D SOUZA S F.Cadmium accumulation and its influence on lipid peroxidation and antioxidative system in an aquatic plant， Bacopa monnieri L.[J].Chemosphere， 2006， 62（2）： 233-246.
[5] LINCOLN TAIZ，EDUARDO Z EIGER.植物生理学[M].宋纯鹏，王学路，等译.4版.北京：科学出版社，2009.
[6] OLIVER D P， HANNAM R， TILLER K Q，et al.The effect of Zinc fertilization on Cd concentration in wheat grain[J].Journal of environmental quality，1994，23：705-711.
[7] 吴永饶，卢向阳，彭振坤，等.硒在水稻中的生理生化作用探讨[J].中国农业科学，2000，33（1）：100-103.
[8] 曾翔.水稻镝积累和耐性机理及其品种间差异研究[D].长沙：湖南农业大学，2006.
[9] SIEDLECKA A， BASZYASKI T.Inhibition of electron flow around photosystem I in chloroplasts of Cdtreated maize plants is due to Cdinduced iron deficiency[J].Plant physiology，1993，87：199-202.
[10] MCKENNA I M， CHANEY R L， WILLIAMS F M.The effect of cadmium and zinc interactions on the accumulation and tissue distribution of zinc and cadmium in lettuce and spinach[J].Environmental pollution，1993，79：113-120.
[11] 彭克勤，洪亚辉，夏讳.硒对早稻光合作用和产量性状的影响[J].湖南农业大学学报，1997，23（5）：35-37.
[12] HE P P， LV X Z， WANG G Y.Effects of Se and Zn supplementation on the antagonism against Pb and Cd in vegetables[J].Environment international，2004，30：167-172.
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（29）：147-149
关键词水稻；镉；植物阻滞剂
中图分类号S482.8+92文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）29-143-02
近几十年来，土壤重金属污染作为一种新的污染现象受到了大量关注，而镉更是其中的重点。镉（Cd）是一种生物毒性较大的元素，在食物链中迁移性强。土壤中的镉主要来自于土壤本体和人为带入，包括农药化肥、灌溉、大气沉降、生产生活废弃物等[2-4]。因其隐蔽性大、毒害性强，故被世界卫生组织和欧盟美国等列为高危害有毒物质和致癌物，20世纪60年代日本因镉中毒曾出现“痛痛病”，是首次大规模发现镉污染中毒事件，之后类似的情况开始不断出现，而湖南省作为水稻主产区和有色金属之乡，镉大米事件近年来更是屡见不鲜。
镁、锌是植物必需矿质元素，对植物的生长和发育有重大作用。镁对于植物细胞内叶绿体的构成有重要作用，有学者研究发现镉与锌在植物体内的吸收、分配呈显著负相关性。而硒通过参与水稻体内的蛋白质代谢、能量代谢、抗氧化作用以及与其他元素的相互作用来影响其生长发育。笔者用含镁、锌和硒的溶液为材料，研究了其对水稻中镉积累和分布的影响，旨在为水稻安全化生产提供理论依据。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1供试作物。供试的水稻品种为“五丰优T025”，播种时间为2014年7月3日，移栽时间为7月30日，收割时间为10月25日。
1.1.2供试土壤。土壤 pH为5.1，土壤全氮2.36 g/kg，全磷1.15 g/kg，全钾41.00 g/kg，有机质38.00 g/kg，碱解氮148.000 mg/kg，有效磷16.200 mg/kg，速效钾67.000 mg/kg。全镉含量为0.337 mg/kg，用硝酸镉将土壤中镉含量调整到1.000 mg/kg。
1.1.3供试植物阻滞剂。植物阻滞剂成分为EDTA（含量为25%）、KNO3（含量为20%）、NaNO3（含量为7%）、Zn（NO3）2（含量为12%）、Mg（NO3）2（含量为23%）、Na2SeO3（含量为3%）、CMC（含量为10%）。
1.2试验设计
试验在湖南农业大学中南烟草试验站进行，设如下5个处理：T1——浓度为1∶200的植物阻滞剂；T2——浓度为1∶400的植物阻滞剂；T3——浓度为1∶600的植物阻滞剂；T4——浓度为1∶800的植物阻滞剂；CK——空白对照。每个处理5次重复。每盆装土10 kg，每个处理10盆。植物阻滞剂自移栽7 d后，每14 d喷施一次，按照300 ml/hm2稀释后喷施。其他栽培措施按正常习惯管理。
1.3样品采集与检测
1.3.1样品采集。在喷施植物阻滞剂5 d后，于水稻移栽期、分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期进行取样，将所取水稻样品先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗，105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重。
1.3.2土壤镉全量测定。称样0.25 g左右于消煮管中，采用HNO3H2O2HF微波消解，定容至100 ml后过滤，用ICPMS测定溶液镉浓度。
1.3.3水稻植株镉含量测定。称样0.30 g左右于消煮管中，采用 HNO3H2O2微波消解，定容后过滤，用ICPMS测定镉含量。
1.3.4土壤基本理化性质测定。按《土壤农业化学分析方法》进行。
1.4数据处理采用DPS软件及 Microsoft Excel 2003软件进行数据的统计分析。
2结果与分析
2.1不同部位中镉含量的变化
由表1可知，所有处理的镉含量均为根>茎>叶>子粒，施用阻滞剂后，各处理随着阻滞剂浓度的升高，镉含量均呈下降趋势，说明阻滞剂对镉含量有显著的阻滞作用。在根部，随着浓度的增加，根部镉含量逐渐下降，T4与CK无显著性差异，T1、T2、T3与CK差异显著。茎部镉含量表现为处理与对照差异显著，且T1与T2、T3、T4也呈显著性差异。叶处理与对照呈显著性差异。稻谷中，各处理与对照呈显著性差异，且T1、T2与T3、T4也呈显著性差异，说明阻滞效果与阻滞剂浓度有明显的关联性，随浓度的增加，阻滞效果增强。
2.2不同时期水稻各器官镉含量的变化
2.2.1水稻根部镉含量变化规律。
由表2可知，水稻根部镉含量呈现出先上升后降低最后再上升的趋势，最大吸收期在分蘖期和成熟期。从各时期来看，各处理在秧苗期含量无差别，说明在该时期各个处理对水稻根部的影响不大；在分蘖期，各处理根部镉含量均低于对照，但无显著差异，且在该时期，各处理根部镉含量均达到最大值，表明分蘖期是水稻大量吸收镉的一个时期；在拔节期，镉含量按照从高到低的顺序为CK>T4>T3>T2>T1，且各处理与对照的差异显著，降低的幅度分别为19.9%、27.3%、32.1%、46.2%；孕穗期，其镉含量仍为CK>T4>T3>T2>T1，且处理与对照相比差异显著，而各处理之间无明显差异；成熟期，镉含量为CK>T4>T3>T1>T2，其中T4与对照无显著性差异，T1、T2、T3与对照差异显著。
2.2.2水稻茎部镉含量变化。
由表3可知，水稻茎中镉含量的变化规律为先分蘖期迅速上升，拔节期稍下降后又上升的趋势，从具体含量上来看，茎为镉积累的主要器官之一。而各处理与对照相比，在秧苗期、分蘖期、拔节期和孕穗期无显著差异，秧苗期对照与各处理镉含量基本一致，而在分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期均表现为CK>T4>T3>T2>T1；在成熟期，对照与各处理之间有显著差异，且T1与各处理之间也呈现显著差异。 2.2.3水稻叶片镉含量变化。
由表4可知，水稻叶片镉含量变化幅度较大，呈“M”型变化趋势，在分蘖期迅速增加，拔节期后又降低，孕穗期后又上升，成熟期稍降低，说明在分蘖期叶片大量累积镉，而在拔节期由于镉的积累速度远远小于其他物质的积累而迅速下降，各处理与对照仅在成熟期有显著性差异。各处理镉含量在分蘖期、拔节期、孕穗期和成熟期均是CK>T4>T3>T2>T1，但各处理之间并无显著性差异，而在秧苗期，各处理与对照镉含量基本一致。
3讨论与结论
镉对植物的毒害作用直接表现为对光合作用的影响，较高浓度下表现为叶缘变褐色，叶片卷曲失绿，叶柄叶脉变红，光合作用受抑制，最终影响植物生长，降低产量和品质。有研究表明，镉通过破坏光合器官和色素，抑制叶绿素Hill反应，降低叶绿素含量，抑制RuBP羧化酶活性，影响二氧化碳固定，降低PSI和PSII活性等方式来降低植物光合速率。McKenna等报道了锌可阻止镉由根部转运至莲叶，从而降低莴笋和菠菜中的镉含量。彭克勤等研究表明，从早稻分蘖期以灌溉水形式施硒，灌浆期净光合速率明显提高，促进气孔开放、降低气孔阻力，且提高了实粒数，减少了空粒。He等用盆栽试验观察施锌、硒对蔬菜中钯、镉含量的影响，结果表明，施锌、硒均能明显降低白菜、莴苣中钯、镉含量。在该试验中，通过补充镁元素来提高光合作用，消除镉的毒害作用；用锌和硒来拮抗水稻对镉的吸收和向水稻子粒中的转移，从试验结果上看是成功的。
镉主要是从水稻根部吸收，并通过茎叶运输到果实，在该运输过程中，镉含量递减，而在喷施植物阻滞剂后，水稻吸收镉的总量降低且吸收的镉主要存在于根部和叶部，说明植物阻滞剂对镉的吸收和运输产生了明显的阻滞效果，这与Oliver等的研究结论“硒和锌对镉的拮抗作用”一致。
施用植物阻滞剂后，浓度为1∶200、1∶400、1∶600处理的镉浓度均低于国家标准0.200 mg/kg，但浓度为1∶600处理的镉浓度处于临界值，所以只有1∶200、1∶400浓度处理具有实际应用价值，且1∶400浓度处理是最优选择，说明植物阻滞剂需要一定浓度才有效果。
目前对土壤镉污染主要采取的方法有客土法、化学淋洗法、土壤调理剂修复法、植物富集吸收法等，这些方法虽然效果较好但存在成本高、操作难等弊端，而喷施植物阻滞剂的方法操作简便、成本低廉，有较好的研究、推广价值。
参考文献
[1]
VERKLEIJ JOS A C， GOLANGOLDHIRSH A， ANTOSIEWISZ D M， et al.Dualities in plant tolerance to pollutants and their uptake and translocation to the upper plant parts[J].Environmental and experimental botany， 2009，67（1）： 10-22.
[2] DAS P， SAMANTARAY S， ROUT G R.Studies on cadmium toxicity in plants： A review[J].Environmental pollution， 1997， 98（1）： 29-36.
[3] ARDUINI I， ERCOLI L， MARIOTTI M， et al.Response of miscanthus to toxic cadmium applications during the period of maximum growth[J].Environmental and experimental botany， 2006， 55（1/2）： 29-40.
[4] SINGH S， EAPEN S， D SOUZA S F.Cadmium accumulation and its influence on lipid peroxidation and antioxidative system in an aquatic plant， Bacopa monnieri L.[J].Chemosphere， 2006， 62（2）： 233-246.
[5] LINCOLN TAIZ，EDUARDO Z EIGER.植物生理学[M].宋纯鹏，王学路，等译.4版.北京：科学出版社，2009.
[6] OLIVER D P， HANNAM R， TILLER K Q，et al.The effect of Zinc fertilization on Cd concentration in wheat grain[J].Journal of environmental quality，1994，23：705-711.
[7] 吴永饶，卢向阳，彭振坤，等.硒在水稻中的生理生化作用探讨[J].中国农业科学，2000，33（1）：100-103.
[8] 曾翔.水稻镝积累和耐性机理及其品种间差异研究[D].长沙：湖南农业大学，2006.
[9] SIEDLECKA A， BASZYASKI T.Inhibition of electron flow around photosystem I in chloroplasts of Cdtreated maize plants is due to Cdinduced iron deficiency[J].Plant physiology，1993，87：199-202.
[10] MCKENNA I M， CHANEY R L， WILLIAMS F M.The effect of cadmium and zinc interactions on the accumulation and tissue distribution of zinc and cadmium in lettuce and spinach[J].Environmental pollution，1993，79：113-120.
[11] 彭克勤，洪亚辉，夏讳.硒对早稻光合作用和产量性状的影响[J].湖南农业大学学报，1997，23（5）：35-37.
[12] HE P P， LV X Z， WANG G Y.Effects of Se and Zn supplementation on the antagonism against Pb and Cd in vegetables[J].Environment international，2004，30：167-172.
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（29）：147-149