Cd胁迫水培试验下水稻糙米Cd累积的关键生育时期

【目的】探究水稻不同生育时期Cd胁迫对水稻成熟期糙米Cd累积的影响,明确糙米Cd累积关键生育时期,以期适时采取阻控措施降低糙米Cd含量,为水稻安全生产提供理论参考。【方法】以水稻品种湘晚籼13号(晚稻品种)为研究对象,采用水培试验,共设计7个添加外源Cd处理,即CG(全生育时期Cd胁迫,102 d)、TS(分蘖期Cd胁迫,15 d)、JS(拔节期Cd胁迫,15 d)、BS(孕穗期Cd胁迫,21 d)、FS(灌浆期Cd胁迫,18 d)、DS(腊熟期Cd胁迫,15 d)、MS(成熟期Cd胁迫,18 d),以全生育时期无Cd胁迫作为空白对照(CK),每个处理重复3次。各处理外源Cd胁迫浓度相同,均为20μg·L-1。水培试验于2017年7月23日开始,在湖南省长沙市中南林业科技大学水稻试验基地进行。2017年11月19日,水稻成熟后,整株采集水稻,测定指标为不同生育时期Cd胁迫下水稻农艺性状(株高、分蘖数和各部位生物量)和水稻各部位(根、茎、叶、穗、谷壳和糙米)Cd含量,计算水稻各部位Cd累积量以及不同生育时期Cd累积对成熟期糙米Cd累积的相对贡献率。【结果】不同生育时期Cd胁迫对水稻株高、分蘖数以及各部位生物量没有显著影响。灌浆期Cd胁迫下,水稻成熟期糙米Cd含量最高,为1.05 mg·kg-1,显著高于水稻成熟期(0.57 mg·kg-1)、孕穗期(0.52 mg·kg-1)、腊熟期(0.38 mg·kg-1)、拔节期(0.31 mg·kg-1)和分蘖期(0.17 mg·kg-1)Cd胁迫下糙米Cd含量。各生育时期Cd胁迫下水稻成熟期糙米Cd累积量范围为0.18—1.56μg/株,糙米Cd累积量大小顺序为:全生育时期Cd胁迫>灌浆期Cd胁迫>成熟期Cd胁迫>孕穗期Cd胁迫>拔节期Cd胁迫>分蘖期Cd胁迫。孕穗期、灌浆期和成熟期是水稻糙米Cd累积的关键生育时期,对成熟期糙米Cd累积相对贡献率分别为19.7%、39.3%和22.6%,而分蘖期、拔节期和腊熟期的Cd累积对成熟期糙米Cd累积相对贡献较小,贡献率分别为2.4%、4.2%和11.9%。除全生育时期Cd胁迫外,水稻根、茎、穗和谷壳Cd含量均在孕穗期和灌浆期Cd胁迫下较高;各生育时期Cd胁迫下,水稻叶Cd含量无显著性差异。孕穗期和灌浆期Cd胁迫下根Cd累积量较高,分别为86.09μg/株和79.23μg/株,显著高于其他生育时期Cd胁迫下根Cd累积量(31.55—40.37μg/株)。与其他生育时期Cd胁迫相比,水稻植株Cd总累积量在孕穗期和灌浆期Cd胁迫下较高,分别为107.13μg/株和98.35μg/株,显著高于其他生育时期Cd胁迫下水稻植株Cd总累积量(42.24—52.47μg/株)。【结论】水稻的孕穗期、灌浆期和成熟期是控制水稻糙米Cd累积的关键时期。在孕穗期和灌浆期Cd胁迫下,水稻成熟期根和糙米累积Cd最多,因此可以在水稻孕穗期和灌浆期施加改良剂阻隔根系吸收Cd或者阻隔根系吸收的Cd向糙米中转运,从而降低水稻糙米中Cd的累积。