土壤重金屬對(duì)糙米品質(zhì)的影響

土壤重金屬對(duì)糙米品質(zhì)的影響

隨著礦產(chǎn)開采的發(fā)展，耕地上的重金屬污染日益嚴(yán)重。據(jù)我們1986—1988年對(duì)湖南省主要工礦區(qū)調(diào)查,稻田土壤Pb含量為52.4—1021mg/kg,比同類母質(zhì)發(fā)育土壤的背景值高0.6—37.0倍;土壤Cd含量為2.8—51.3mg/kg,比背景值高23—572倍,足見污染之嚴(yán)重性。關(guān)于土壤重金屬污染影響的評(píng)價(jià),多以作物產(chǎn)量作為主要指標(biāo),對(duì)品質(zhì)重視不夠。有關(guān)Pb、Cd污染對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響及雜交稻與常規(guī)稻對(duì)Pb、Cd富集能力的差異性研究尚未見報(bào)道。為此,我們于1989年進(jìn)行了添加重金屬的盆栽試驗(yàn)。1土壤養(yǎng)分添加量供試土壤為第四紀(jì)紅粘土發(fā)育的水稻土,經(jīng)風(fēng)干粉碎過篩后裝入體積為φ20×20cm3的瓷缽,每盆裝土8.5kg。土壤pH6.57,Pb、Cd本底含量分別為36.6和1.40mg/kg。按設(shè)計(jì)添加不同濃度的CdCl2和Pb(OAc)2(添加量見表2)及適量氮磷鉀養(yǎng)分。淹水平衡10天后栽插早稻“漸輻802”,早稻收割后繼續(xù)插雜交晚稻“威優(yōu)64”。重復(fù)4次,隨機(jī)排列。1.2u3000糙米淀粉、兩氮含量的測(cè)定1.2.1糙米氨基酸含量樣品用6NHCl水解24h(110℃),冷卻過濾,水浴蒸干,用氨基酸稀釋液溶解,稀釋,過0.45μM膜,作液相色譜分析。儀器LC-4A高效液相色譜儀,配ISC-07/S1504Na型分析柱,RF-530熒光檢測(cè)器,C-R2A(x)數(shù)據(jù)處理機(jī)。1.2.2糙米淀粉含量碘一淀粉顯色,DU-7紫外/可見光光度計(jì)測(cè)定。1.2.3糙米還原糖含量3,5—二硝基水楊酸試劑顯色,在721分光光度計(jì)上用520nm光比色。1.2.4植株和糙米重金屬含量樣品經(jīng)HNO3-HClO4消解后,用PE-4000型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。2結(jié)果與討論2.1pb、cd對(duì)稻米氨基酸組成的影響2.1.1對(duì)糙米氨基酸組分的影響氨基酸是構(gòu)成稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要成份。早稻盆栽試驗(yàn)結(jié)果(表1)表明,糙米中天冬氨酸(Asp)、蘇氨酸(Thr)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)、異亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)的含量與Cd添加量呈顯著或極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r=0.865*—0.956**);賴氨酸(Lys)含量隨Cd添加量增加而顯著降低(r=-0.880*);Cd對(duì)脯氨酸(Pro)等其余6種氨基酸的影響不明顯。添加Cd還使組氨酸(His)和賴氨酸占總量的百分比顯著或極顯著降低(r=-0.829*和-0.925**)。添加Pb主要影響苯丙氨酸(Phe)的含量,二者間呈顯著正相關(guān)(r=0.803*),同時(shí)還使天冬氨酸和苯丙氨酸占總量的百分比呈顯著或極顯著上升趨勢(shì)(r分別為0.832*和0.895**),而纈氨酸(Va1)占總量的百分比則與Pb添加量呈極顯著負(fù)相關(guān)(r為-0.971**)。添加Pb、Cd對(duì)晚稻氨基酸影響較小,僅脯氨酸含量與Cd添加量、天冬氨酸占總量的百分比與Pb添加量呈顯著正相關(guān)(r分別為0.908*和0.758*)。Pb、Cd對(duì)糙米氨基酸含量及其占總量的百分比的影響機(jī)理還需進(jìn)一步研究。2.1.2對(duì)糙米淀粉和還原糖含量的影響添加Pb、Cd有提高支鏈淀粉、降低直鏈淀粉含量和直/總比值的趨勢(shì)(表2),其中糙米直鏈淀粉含量與Pb添加量、支鏈淀粉含量和直/總比值與Cd添加量之間的相關(guān)性均達(dá)到了顯著水平,相關(guān)系數(shù)分別為-0.802*,0.791*和-0.776*。早稻糙米中還原糖含量很低,以致不能檢出。Pb對(duì)還原糖含量影響較小,而添加Cd似能增加糙米還原糖含量,但與Cd添加量之間并無(wú)明顯的相關(guān)性。如果在土壤中同時(shí)添加Pb、Cd或Pb、Cd、Zn,糙米中還原糖含量則隨重金屬添加量增加而迅速增加(表3)。2.2pb、cd和pb對(duì)水稻籽實(shí)和幼苗生長(zhǎng)的影響衛(wèi)生品質(zhì)即稻米中重金屬的含量狀況。當(dāng)糙米的Pb、Cd含量超過國(guó)家食品衛(wèi)生品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(Cd0.2mg/kg,Pb1.0mg/kg)時(shí)則不宜食用。從表4可以看出,水稻糙米中的Pb、Cd含量雖然與土壤Pb、Cd添加量或可溶態(tài)含量均呈極顯著正相關(guān)(r為0.050—0.994),但在Pb、Cd的吸收分配方面,常規(guī)早稻與雜交晚稻有明顯差異。Pb、Cd在早稻莖葉中含量較高,在籽實(shí)中的含量較低。晚稻則相反,籽實(shí)中的含量較高,莖葉中含量相對(duì)較低。其中早稻莖葉中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%,這與早稻土壤剛加入Pb、Cd,其可給性較大是一致的。但早稻糙米中的Pb、Cd含量,除添加高量的處理(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%,表現(xiàn)出雜交晚稻籽實(shí)對(duì)Pb、Cd有更強(qiáng)的富積能力。這可能有兩個(gè)方面的原因,一是雜交水稻在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期根系吸收和向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)養(yǎng)分的能力、在生殖生長(zhǎng)期葉片等營(yíng)養(yǎng)器官向穗部轉(zhuǎn)運(yùn)貯存物質(zhì)的能力均顯著強(qiáng)于常規(guī)稻,Pb、Cd等重金屬元素可能伴隨這種強(qiáng)大的物質(zhì)流向穗部轉(zhuǎn)運(yùn);二是雜交晚稻“威優(yōu)64”的生育期比常規(guī)早稻“漸輻802”長(zhǎng),尤其是抽穗至成熟期的時(shí)間較長(zhǎng),因而有利于Pb、Cd向籽實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)。據(jù)陳銓榮(1978)的放射性同位素Cd115+115m試驗(yàn),水稻在抽穗以前吸收的Cd雖然占吸收總量的91%,但籽實(shí)中的Cd主要是在抽穗以后才被吸收的。根據(jù)表4的結(jié)果推測(cè),Pb可能有類似的吸收分配規(guī)律。由此可見,在Pb、Cd污染地區(qū)不宜種植生育期長(zhǎng)、富積重金屬能力強(qiáng)的雜交水稻。在制定土壤Pb、Cd的控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí),也應(yīng)著重考慮雜交晚稻的衛(wèi)生品質(zhì)問題。3pb/cd添加量對(duì)糙米還原糖含量的影響31土壤添加Cd能顯著降低糙米中賴氨酸的含量及賴氨酸和組氨酸占總量的百分?jǐn)?shù),提高天冬氨酸等的含量。Pb能顯著降低纈氨酸占總量的百分?jǐn)?shù),提高苯丙氨酸含量及苯丙氨酸和天冬氨酸占總量的百分?jǐn)?shù)。3.2糙米直鏈淀粉含量與Pb添加量呈顯著負(fù)相關(guān),支鏈淀粉含量與Cd添加量呈顯著正相關(guān)。