土壤重金属对糙米品质的影响

土壤重金属对糙米品质的影响

随着矿产开采的发展，耕地上的重金属污染日益严重。据我们1986—1988年对湖南省主要工矿区调查,稻田土壤Pb含量为52.4—1021mg/kg,比同类母质发育土壤的背景值高0.6—37.0倍;土壤Cd含量为2.8—51.3mg/kg,比背景值高23—572倍,足见污染之严重性。关于土壤重金属污染影响的评价,多以作物产量作为主要指标,对品质重视不够。有关Pb、Cd污染对稻米营养品质的影响及杂交稻与常规稻对Pb、Cd富集能力的差异性研究尚未见报道。为此,我们于1989年进行了添加重金属的盆栽试验。1土壤养分添加量供试土壤为第四纪红粘土发育的水稻土,经风干粉碎过筛后装入体积为φ20×20cm3的瓷钵,每盆装土8.5kg。土壤pH6.57,Pb、Cd本底含量分别为36.6和1.40mg/kg。按设计添加不同浓度的CdCl2和Pb(OAc)2(添加量见表2)及适量氮磷钾养分。淹水平衡10天后栽插早稻“渐辐802”,早稻收割后继续插杂交晚稻“威优64”。重复4次,随机排列。1.2u3000糙米淀粉、两氮含量的测定1.2.1糙米氨基酸含量样品用6NHCl水解24h(110℃),冷却过滤,水浴蒸干,用氨基酸稀释液溶解,稀释,过0.45μM膜,作液相色谱分析。仪器LC-4A高效液相色谱仪,配ISC-07/S1504Na型分析柱,RF-530荧光检测器,C-R2A(x)数据处理机。1.2.2糙米淀粉含量碘一淀粉显色,DU-7紫外/可见光光度计测定。1.2.3糙米还原糖含量3,5—二硝基水杨酸试剂显色,在721分光光度计上用520nm光比色。1.2.4植株和糙米重金属含量样品经HNO3-HClO4消解后,用PE-4000型原子吸收分光光度计测定。2结果与讨论2.1pb、cd对稻米氨基酸组成的影响2.1.1对糙米氨基酸组分的影响氨基酸是构成稻米营养品质的重要成份。早稻盆栽试验结果(表1)表明,糙米中天冬氨酸(Asp)、苏氨酸(Thr)、丝氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)、异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)的含量与Cd添加量呈显著或极显著正相关(相关系数r=0.865*—0.956**);赖氨酸(Lys)含量随Cd添加量增加而显著降低(r=-0.880*);Cd对脯氨酸(Pro)等其余6种氨基酸的影响不明显。添加Cd还使组氨酸(His)和赖氨酸占总量的百分比显著或极显著降低(r=-0.829*和-0.925**)。添加Pb主要影响苯丙氨酸(Phe)的含量,二者间呈显著正相关(r=0.803*),同时还使天冬氨酸和苯丙氨酸占总量的百分比呈显著或极显著上升趋势(r分别为0.832*和0.895**),而缬氨酸(Va1)占总量的百分比则与Pb添加量呈极显著负相关(r为-0.971**)。添加Pb、Cd对晚稻氨基酸影响较小,仅脯氨酸含量与Cd添加量、天冬氨酸占总量的百分比与Pb添加量呈显著正相关(r分别为0.908*和0.758*)。Pb、Cd对糙米氨基酸含量及其占总量的百分比的影响机理还需进一步研究。2.1.2对糙米淀粉和还原糖含量的影响添加Pb、Cd有提高支链淀粉、降低直链淀粉含量和直/总比值的趋势(表2),其中糙米直链淀粉含量与Pb添加量、支链淀粉含量和直/总比值与Cd添加量之间的相关性均达到了显著水平,相关系数分别为-0.802*,0.791*和-0.776*。早稻糙米中还原糖含量很低,以致不能检出。Pb对还原糖含量影响较小,而添加Cd似能增加糙米还原糖含量,但与Cd添加量之间并无明显的相关性。如果在土壤中同时添加Pb、Cd或Pb、Cd、Zn,糙米中还原糖含量则随重金属添加量增加而迅速增加(表3)。2.2pb、cd和pb对水稻籽实和幼苗生长的影响卫生品质即稻米中重金属的含量状况。当糙米的Pb、Cd含量超过国家食品卫生品质标准(Cd0.2mg/kg,Pb1.0mg/kg)时则不宜食用。从表4可以看出,水稻糙米中的Pb、Cd含量虽然与土壤Pb、Cd添加量或可溶态含量均呈极显著正相关(r为0.050—0.994),但在Pb、Cd的吸收分配方面,常规早稻与杂交晚稻有明显差异。Pb、Cd在早稻茎叶中含量较高,在籽实中的含量较低。晚稻则相反,籽实中的含量较高,茎叶中含量相对较低。其中早稻茎叶中Pb含量比晚稻高29.1%—314.9%,平均130.8%;Cd高21.2%—123.0%,平均52.1%,这与早稻土壤刚加入Pb、Cd,其可给性较大是一致的。但早稻糙米中的Pb、Cd含量,除添加高量的处理(如Pb3000mg/kg,Cd100和200mg/kg)外,均低于晚稻,其中早稻糙米Pb含量比晚稻平均低41.3%,Cd平均低18.5%,表现出杂交晚稻籽实对Pb、Cd有更强的富积能力。这可能有两个方面的原因,一是杂交水稻在营养生长期根系吸收和向地上部分转运养分的能力、在生殖生长期叶片等营养器官向穗部转运贮存物质的能力均显著强于常规稻,Pb、Cd等重金属元素可能伴随这种强大的物质流向穗部转运;二是杂交晚稻“威优64”的生育期比常规早稻“渐辐802”长,尤其是抽穗至成熟期的时间较长,因而有利于Pb、Cd向籽实转运。据陈铨荣(1978)的放射性同位素Cd115+115m试验,水稻在抽穗以前吸收的Cd虽然占吸收总量的91%,但籽实中的Cd主要是在抽穗以后才被吸收的。根据表4的结果推测,Pb可能有类似的吸收分配规律。由此可见,在Pb、Cd污染地区不宜种植生育期长、富积重金属能力强的杂交水稻。在制定土壤Pb、Cd的控制标准时,也应着重考虑杂交晚稻的卫生品质问题。3pb/cd添加量对糙米还原糖含量的影响31土壤添加Cd能显著降低糙米中赖氨酸的含量及赖氨酸和组氨酸占总量的百分数,提高天冬氨酸等的含量。Pb能显著降低缬氨酸占总量的百分数,提高苯丙氨酸含量及苯丙氨酸和天冬氨酸占总量的百分数。3.2糙米直链淀粉含量与Pb添加量呈显著负相关,支链淀粉含量与Cd添加量呈显著正相关。