一種鑒定水稻品種籽粒鎘積累環(huán)境穩(wěn)定性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)食品安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鑒定水稻品種籽粒鎘積累環(huán)境 穩(wěn)定性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎘（Cd)是農(nóng)業(yè)環(huán)境中最危險(xiǎn)的重金屬元素之一，其居聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署提出的 12種具有全球性意義的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)之首。鎘是人體非必需元素，在人體中的半衰期達(dá) 20~40年之久，可引發(fā)"骨痛病"、腎損害等。長(zhǎng)期以來(lái)受工業(yè)"三廢"超標(biāo)排放等因素影響， 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地污染相當(dāng)嚴(yán)重，特別是近年來(lái)有色金屬的開(kāi)發(fā)利用加快，加之土壤重金屬背景 值偏高，土壤環(huán)境酸化等，局部的土壤重金屬污染呈加重趨勢(shì)。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有10% 的耕地面積存在鎘污染超標(biāo)問(wèn)題，鎘等重金屬污染的糧食每年在100萬(wàn)噸以上，大量研宄 證明水稻是吸鎘能力最強(qiáng)的大宗谷類(lèi)作物，甚至出現(xiàn)"鎘米"，其污染面之大、污染物含量之 高，已嚴(yán)重影響了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，威脅到人類(lèi)身體健康。
[0003] 在土壤一植物一人的特殊傳遞途徑中，土壤間接起到了 "污染源"的作用，而土壤 一旦遭受重金屬污染，將難以徹底清除，具有長(zhǎng)期性和不可逆性。目前的治理途徑主要有三 種：一種是污染土壤的治理，通過(guò)土壤重金屬活性調(diào)節(jié)，降低土壤重金屬的有效態(tài)含量，從 而減少植物吸收量；第二種是利用對(duì)重金屬低富集的品種，在不影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的同時(shí)減少 農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量；第三種是通過(guò)生物技術(shù)手段，在不影響產(chǎn)量的條件下調(diào)節(jié)植物對(duì)重金 屬的吸收與向經(jīng)濟(jì)器官轉(zhuǎn)運(yùn)。方法一的污染土壤治理通常有生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及工程措 施等，工程治理措施往往因工程量大、費(fèi)用高，并且有可能對(duì)土壤生態(tài)功能造成破壞而受到 限制；方法三的生物修復(fù)在短期內(nèi)難以達(dá)到修復(fù)效果，且后續(xù)的富鎘產(chǎn)品尚無(wú)妥善處理技 術(shù)。方法二的重金屬低積累品種具有應(yīng)用、實(shí)施簡(jiǎn)單有效，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，以水稻為例， 根據(jù)不同基因型水稻對(duì)重金屬鎘的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和籽粒積累存在顯著差異的原理，目前已應(yīng) 用的技術(shù)是在鎘污染土壤進(jìn)行種植，比較同水平條件下籽粒的鎘含量，篩選出籽粒鎘低積 累的品種推廣應(yīng)用，可有效降低鎘污染地區(qū)稻米鎘含量。發(fā)明人在從事水稻鎘研宄過(guò)程中 發(fā)現(xiàn)，水稻對(duì)土壤鎘的吸收積累是個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，不僅與土壤污染水平、不同品種的富 集特性有關(guān)，而且多數(shù)水稻品種在相同污染土壤水平下，同一個(gè)品種在不同生長(zhǎng)環(huán)境條件 下的籽粒錦含量存在5 -100倍的差異，變異幅度因品種不同而不同。分析環(huán)境對(duì)水稻錦吸 收和向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)影響的主要原因是：水稻生長(zhǎng)發(fā)育經(jīng)歷營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)數(shù)個(gè)階段，其中 影響籽粒鎘含量的三個(gè)關(guān)鍵生育期分別為分蘗盛期、抽穗期、灌漿期，水稻分蘗盛期是營(yíng)養(yǎng) 生長(zhǎng)最旺盛的階段，水稻根系對(duì)必須礦質(zhì)元素吸收積累的同時(shí)，也將重金屬鎘離子大量吸 收積累存儲(chǔ)在根、莖、葉組織；水稻抽穗期的生長(zhǎng)中心由營(yíng)養(yǎng)器官轉(zhuǎn)向生殖器官，根系鎘吸 收的存在直接向生殖器官輸送的特性；水稻灌漿期的生長(zhǎng)中心為生殖器官，即籽粒的營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)積累最旺盛時(shí)期，也是重金屬元素積累的關(guān)鍵時(shí)期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，而提供一種鑒定 水稻品種籽粒鎘積累環(huán)境穩(wěn)定性的方法，克服現(xiàn)有大田自然環(huán)境篩選低隔水稻品種年度之 間重復(fù)性差的不足，鑒定出鎘吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)鍵生育期不受降水量減少和氣溫劇升兩個(gè)因素 影響的低鎘水稻品種，為農(nóng)業(yè)糧食安全和保護(hù)人們身體健康作出貢獻(xiàn)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種鑒定水稻品種籽粒鎘積累環(huán)境穩(wěn)定性的方法，將水稻品種用鎘含量超標(biāo)的土 壤盆栽種植，在水稻品種的分蘗盛期、抽穗期、灌漿期分別進(jìn)行一次土壤含水量處理和一次 空氣溫度處理，水稻成熟后，檢測(cè)精米鎘含量，精米鎘含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0. 2mg/kg，則表明 該品種在同等鎘污染水平下屬于環(huán)境穩(wěn)定低鎘品種。
[0007] 上述技術(shù)方案中，所述的用鎘含量超標(biāo)的土壤盆栽種植，是指鎘含量為0.6- I. 5mg/kg的土壤盆栽種植。
[0008] 上述技術(shù)方案中，所述的一次土壤含水量處理是指：在水稻品種進(jìn)入分蘗盛期、抽 穗期、灌漿期后分別進(jìn)行缺水處理，應(yīng)用便攜式水分測(cè)定儀每天監(jiān)測(cè)土壤體積含水量，在土 壤體積含水量為40%后繼續(xù)缺水處理3天，隨后復(fù)水至稻谷成熟。
[0009] 上述技術(shù)方案中，所述的一次空氣溫度處理是指：在水稻品種進(jìn)入分蘗盛期、抽穗 期、灌漿期后分別移入人工氣候室控制空氣溫度，設(shè)置白天12小時(shí)35°C，晚上12小時(shí)25°C 條件處理5天，隨后轉(zhuǎn)移到自然溫度和常規(guī)土壤水分條件下培養(yǎng)至稻谷成熟。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述的鑒定水稻品種籽粒鎘積累環(huán)境穩(wěn)定性的方法，具體步驟 如下：
[0011] (1)選取錦含量在0. 6 - I. 5mg/kg的自然稻田土壤，陰干，陰干程度以易于粉碎為 原則，通常壤土陰干后的重量含水量為5 %左右，粉碎過(guò)0. 5mm篩后15kg，按常規(guī)施肥水平 均勻混入無(wú)鎘污染的N、P、K化肥；
[0012] (2)將上述⑴土壤裝入培養(yǎng)盆中，能保證淹水沉降后的土層厚度在25 - 27cm左 右，預(yù)備7盆土，其中3個(gè)盆用于缺水處理，3盆用于高溫處理，1盆做無(wú)處理對(duì)照。缺水處 理的3個(gè)盆在盆底中心位置均勻開(kāi)設(shè)漏水孔，裝土之前開(kāi)孔處墊上瓷片或瓦片防止堵塞， 另外準(zhǔn)備3個(gè)底部密封的塑料盆套在外面，秧苗移植前7天注入無(wú)鎘污染灌溉水，保持土壤 表面水層高2cm左右，使土壤熟化，（本方法中提及的無(wú)鎘污染灌溉水指符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 的農(nóng)田灌溉水）；
[0013] (3)秧苗3. 5 - 4葉時(shí)移植入盆內(nèi)土壤，每盆移植4株，底部開(kāi)孔的盆再套上外盆， 仍保持土層表面水層尚2cm左右；
[0014] (4)在水稻品種進(jìn)入分蘗盛期、抽穗期、灌漿期后分別取1盆進(jìn)行缺水處理和高溫 處理，選設(shè)置有漏水孔的盆進(jìn)行缺水處理。
[0015] 缺水處理：將內(nèi)盆設(shè)置漏水孔的盆栽從外盆中拿出瀝水，應(yīng)用便攜式水分測(cè)定儀 每天監(jiān)測(cè)〇 - 20cm 土層的體積含水量，每次觀(guān)測(cè)重復(fù)3次，避免儀器誤差引起誤判，在土壤 體積含水量為40 %后繼續(xù)缺水處理3天，處理完成后再次灌水，仍保持土壤表面水層高2cm 左右，培養(yǎng)至稻谷成熟；
[0016] 高溫處理：保持土壤表面水層高2cm左右，連盆一起移入人工氣候室控制空氣溫 度，設(shè)置白天12小時(shí)35°C，晚上12小時(shí)25°C條件處理5天，隨后移出到自然溫度條件下繼 續(xù)培養(yǎng)至稻谷成熟；
[0017] (5)分盆收獲水稻谷粒曬干后去殼碾成精米，用植物樣品粉碎機(jī)磨成米粉；
[0018] (6)采用國(guó)標(biāo)方法分別測(cè)定7盆米粉樣品的鎘含量；
[0019] (7)對(duì)比分析水稻品種全生育期淹水和在關(guān)鍵生育期缺水處理以及在自然溫度 和在關(guān)鍵生育期高溫處理的米粉中鎘含量，米粉中鎘含量均低于國(guó)家稻米質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鎘含量 0. 2mg/kg的品種判定為環(huán)境穩(wěn)定低錦品種。
[0020] 水稻品種從播種到收獲可明顯分為出苗期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿 期、成熟期。上述技術(shù)方案中提及的分蘗盛期、抽穗期、灌漿期的判定方法如下：
[0021] 分蘗盛期：水稻基部葉腋的腋芽伸出新株，這就叫做分蘗，群體中有50%的稻苗 出現(xiàn)分蘗即進(jìn)入分蘗盛期；
[0022] 抽穗期：水稻幼穗自劍葉葉鞘中伸出，叫抽穗，一穗全部抽出約需3-5天左右，群 體中有50%的植株抽穗，即為抽穗期；
[0023] 灌漿期：灌漿期開(kāi)始于水稻開(kāi)花之后，臘熟之前，是谷粒中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累過(guò)程， 由于谷粒內(nèi)含物呈白色漿狀，故稱(chēng)灌漿期，群體中50 %的籽粒閉合穎殼并開(kāi)始籽粒內(nèi)容物 充實(shí)時(shí)，即為灌漿期。
[0024] 上述技術(shù)方案中，所述的稻米鎘含量檢測(cè)按照國(guó)標(biāo)《食品中鎘的測(cè)定GB/ T5009. 15 - 2003》的方法進(jìn)行，鎘含量限量指標(biāo)依據(jù)為《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB2715 - 2005》。
[0025] 本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著效果：
[0026] 本發(fā)明提供了一種鑒定水稻品種在土壤含水量和空氣溫度變化條件下籽粒低鎘 積累的方法，發(fā)明的基本原理是根據(jù)水稻根系對(duì)鎘的吸收、植株體內(nèi)向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)受關(guān)鍵 生育時(shí)期土壤含水量減少和溫度升高影響極大的特性，在水稻鎘吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的三個(gè)關(guān)鍵生 育期，分蘗期、抽穗期、灌漿期進(jìn)行缺水和高溫處理，鑒定出在環(huán)境變化條件下精米鎘含量 低于