小麦籽粒镉积累差异评价

明毅，张锡洲，余海英



小麦籽粒镉积累差异评价

明毅，张锡洲，余海英

（四川农业大学资源学院，成都 611130）

【目的】筛选小麦低镉（cadmium，Cd）积累材料不仅使受Cd污染农田得到安全利用，还可为其遗传特性的探究提供材料。【方法】以139份小麦材料为研究对象，分别于2014—2015年和2015—2016年在土壤重金属Cd重度污染条件下连续开展2期大田试验，以小麦籽粒Cd含量为指标对各年份种植相同的139小麦材料进行籽粒Cd积累差异评价，以获取籽粒具有Cd低积累特性的小麦材料。通过土培试验，进一步探讨籽粒Cd低积累型小麦材料在土壤重金属Cd重度污染条件下籽粒部位对Cd的积累差异与产量特征，并结合籽粒Cd含量和籽粒产量，进行聚类分析，以获得籽粒Cd含量低且产量较高的优势小麦材料，进而对比分析其与籽粒Cd高积累型材料各器官对Cd的积累转移差异，明晰籽粒Cd低积累型材料籽粒Cd含量低的原因。【结果】在2014—2015年和2015—2016年大田试验条件下，139份小麦材料籽粒Cd含量范围、变异系数分别为0.002—0.271 mg·kg-1DW-1、63.097%和0.095—0.343 mg·kg-1DW-1、24.960%，小麦材料间籽粒Cd含量差异明显。以籽粒Cd含量为聚类分析指标，综合得到2年试验中籽粒对Cd积累类型相同的小麦材料，12N551（M033）、济麦22（M059）、蜀麦375（M075）、中梁22（M079）、30389（M092）、B7094（M094）、ML2652（M114）、G219-24（M116）、77782（M121）、南农Ozy23（M123）、省C90097（M124）、Pm99915-1（M126）、南农02y393（M127）、省CXK027-4（M129）、02Y23（M131）、良麦2号（M139）16份小麦材料籽粒具有低Cd积累的特性，且在年际间具备较好的重现性或稳定性。土培条件下，16份籽粒Cd低积累型小麦材料籽粒Cd含量和产量均差异明显，在1或4 mg·kg-1Cd水平下，其籽粒Cd含量、籽粒产量变幅分别为0.286—0.910 mg·kg-1、3.199—7.716 g·plant-1和0.881—1.381 mg·kg-1、3.075—8.252 g·plant-1，籽粒Cd含量、籽粒产量变异系数分别为33.706%、24.044%和12.276%、30.351%，以其籽粒Cd含量、籽粒产量为聚类指标，获得籽粒Cd含量低且产量较高的优势材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）与良麦2号（M139）。与Cd高积累型材料抗锈3816（M060）、射1136（M073）相比，12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）良麦2号（M139）同一器官（根、茎叶或籽粒）Cd含量在4 mg·kg-1Cd水平下均显著高于1 mg·kg-1Cd水平。在1或4 mg·kg-1Cd水平下，籽粒Cd低积累型小麦材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）与良麦2号（M139）籽粒Cd含量均显著低于籽粒Cd高积累型材料抗锈3816（M060）、射1136（M073），其对Cd的转移能力较低，进而使籽粒Cd含量较低。【结论】综合大田试验和土培试验结果，12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）和良麦2号（M139）具有籽粒Cd含量低且产量较高的优势，且在不同年际间、不同试验方式下籽粒Cd积累稳定性较好，具备可用于中轻度Cd污染农田种植的潜力，可作为小麦籽粒Cd低积累遗传特性的研究材料。

小麦；Cd；Cd低积累型材料；差异评价；转移系数

0 引言

【研究意义】现代工农业快速发展过程中，工业“三废”排放量不断增加，导致农田土壤Cd污染日益严重，Cd可以通过土壤转移积累到作物的可食部位，降低粮食品质，进而威胁人体健康[1-2]。寻找合适可行的途径以减少作物可食部位Cd积累量，保证粮食安全已成为环境科学关注的热点[3]。【前人研究进展】国际食品法典委员会于2013年提出的《食品污染物法典》（CCCF）规定小麦籽粒Cd含量不得超出0.2 mg·kg-1，以保证食用安全[1,3]，而中国规定谷物及其制品中Cd含量不得超过0.1 mg·kg-1[4]。目前，降低农田土壤Cd污染风险，减少粮食中Cd含量的途径主要有2条：一是从土壤角度出发，采用物理或化学修复方式，主要包括客土法和添加外源物质，以减少土壤中Cd含量或者钝化土壤中Cd活性，进而降低粮食中Cd含量；二是从农作物的角度，筛选可食部位具有Cd低积累特性的作物在污染土壤上推广种植，以减小土壤Cd污染对粮食安全的威胁[3,5-7]。然而，前者由于在实际生产中成本较高，治理耗时长、难以大面积推广应用[1,7]。已有报道提出筛选和培育Cd低积累品种的概念，其主要是基于植物种类或种间对Cd的吸收积累差异获得Cd低积累品种，即使在Cd污染的农田土壤上，Cd低积累品种体内Cd含量也可保持在较低积累水平以保证安全生产与消费[3]。诸多学者以不同评价指标对Cd低积累材料进行筛选研究，得到了包括水稻[8]、大豆[9]、白菜[10]等对Cd具有低积累特性的材料，筛选Cd低积累型材料在一定程度上可有效应对农田土壤Cd污染对粮食安全构成的威胁[11]。【本研究切入点】小麦作为中国仅次于水稻的第二大谷类作物，其品种多、基因型差异大[2]。已有学者在大田试验中筛选小麦Cd低积累材料[11]，孙洪欣等[12]开展田间试验综合评价了小麦产量、富集系数、转运系数等指标，获得了籽粒Cd、Pb含量低且高产的潜力品种。有研究指出，籽粒Cd含量或产量易受到外界环境多种因素的影响，诸多研究采用一年试验或单一培养方式对籽粒Cd低积累小麦进行筛选，缺乏不同年份或不同试验条件的综合对比分析[12-13]，难以反映小麦籽粒Cd低积累的稳定状况。【拟解决的关键问题】本研究以大田试验和土培试验相结合的方式，选用来源广泛的139份小麦材料，进行籽粒Cd低积累型小麦材料筛选，并对其Cd积累与转移差异进行研究，以获取具有稳定的籽粒Cd低积累特性的小麦材料，为安全利用受Cd污染农田和进一步研究Cd低积累遗传特性提供材料。

1 材料与方法

1.1 大田试验

试验于2014—2015年和2015—2016年在成都平原某市进行，试验地属中纬度亚热带湿润气候，平均海拔507 m，年平均气温15.2℃。土壤类型为水稻土，常年水稻-小麦轮作。2014—2015年和2015—2016年土壤全Cd、有效Cd含量、土壤pH分别为3.18 mg·kg-1、0.30 mg·kg-1、6.69和3.51 mg·kg-1、0.36 mg·kg-1、6.60，属Cd重度污染土壤[14-15]。供试139份小麦材料由四川农业大学小麦研究所提供，材料编号为M001—M139（电子附表1）。

1.2 土培试验

供试作物：大田试验筛选得到的18份小麦材料。

供试土壤：灰潮土，采自都江堰市蒲阳镇双柏村，其基本理化性质为有机质22.4 g·kg-1、全氮0.54 g·kg-1、碱解氮63 mg·kg-1、有效磷14.5 mg·kg-1、速效钾65 mg·kg-1，pH6.95，土壤Cd含量未检测出。

供试肥料：尿素（含N 35%）、磷酸二氢钾（含P2O552%、K2O 34%）、硫酸钾（含K2O 54%）均为分析纯试剂。

试验于2016年11月—2017年6月在四川农业大学教学科研园区有防雨设施的网室中进行。

1.3 试验设计与处理

大田试验：将田块划分为139个1.5 m×0.6 m的试验小区，小区之间设30 cm的间隔区。每年均种植139份小麦材料，选取籽粒饱满的种子，随机种植于139个小区，每份材料种植3行，行距10 cm，株距10 cm，田块四周种植保护行。水肥管理和病虫害防治同当地常规小麦栽培管理方式。

土培试验：设Cd浓度分别为0（CK）、1（Cd1）和4 mg·kg-1（Cd4）3个水平。氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）肥用量分别为200、150和150 mg·kg-1。每个处理重复3次，共162盆，完全随机排列。供试土壤风干后，压碎，过筛混匀，每盆（12 L）装土10 kg。Cd以CdCl2·2.5H2O（分析纯）添加，以溶液形式施入土壤，充分混匀后陈化4周待用[16]，陈化后测定Cd1和Cd4条件下土壤Cd有效量分别为0.63和2.55 mg·kg-1。种子经消毒、催芽后，选择长势一致的3株幼苗定植于盆中。移栽前将氮肥、磷肥和钾肥作为基肥以水溶液形式施入土壤。自然光照，常规水肥管理。

1.4 样品采集与制备

大田试验：于成熟期采集小麦穗部，每个小区内随机采集长势一致的30穗混为一个样。自然风干后，人工脱粒（去掉颍壳），籽粒烘干至恒重，粉碎装袋备用。各期试验均于小麦种植前，按照五点法采集土壤，自然风干，去除杂质，研磨过筛后装袋备用，以测定土壤全Cd含量与有效Cd含量。

土培试验：于成熟期采集植株根、茎叶和穗，每盆3株混合为一个样，共3个重复。将样品先用清水冲洗干净，根系于20 mmol L-1EDTA-Na2浸泡15 min，以去除根系表面附着的Cd离子，再经去离子水润洗，吸水纸擦干。105℃杀青，75℃烘干至恒重。人工脱粒并考种，样品称重后粉碎装袋备用。

1.5 测定项目与方法

土壤基本理化性质采用常规分析方法[17]；植株Cd含量采用HNO3-HClO4（v﹕v，5﹕1）进行消化；土壤全Cd含量采用HNO3-HClO4-HF（v﹕v﹕v，5﹕1﹕1）消化，土壤有效Cd含量采用二乙基三胺五乙酸（DTPA）浸提；原子吸收光谱仪（PinAAcle 900T，Perkin Elmer，USA）测定[18]。

1.6 数据处理与分析

转移系数（translocation factor，TF）：TF籽粒/茎叶＝籽粒Cd含量/茎叶Cd含量；TF茎叶/根＝茎叶Cd含量/根Cd含量[3-4]；

采用DPS(11.0)进行统计分析，选择LSD法进行多重比较，图表制作采用Microsoft Excel 2013和Origin 9.0。

2 结果

2.1 小麦籽粒Cd含量差异评价

2.1.1 小麦籽粒Cd含量变化特征 对供试小麦的籽粒Cd含量分析发现（表1），在2年大田试验中，2014—2015年各小麦籽粒Cd含量变幅为0.002—0.271 mg·kg-1DW-1（=63.097%），均值为0.067 mg·kg-1DW-1，而2015—2016年各小麦籽粒Cd含量变幅为0.095—0.343 mg·kg-1DW-1（=24.960%），其均值为0.193 mg·kg-1DW-1。139份小麦籽粒Cd含量差异明显且变异系数较大，具备对不同小麦材料进行差异性评价的基础条件。

2.1.2 小麦籽粒Cd含量聚类分析 以籽粒Cd含量为评价指标，采用离差平方和法对2014—2015年和2015—2016年种植均相同的139份供试小麦籽粒Cd含量分别进行聚类分析（图1），当欧氏距离分别为0.97和1.18时，将各年份间的139份小麦均划分为Cd低积累型材料、Cd中积累型材料和Cd高积累型材料。根据2年大田试验划分结果，将供试小麦籽粒Cd含量在2年试验均表现一致的同类型材料作为目标材料，获得小麦籽粒Cd低积累型材料16份，Cd中积累型材料28份和Cd高积累型材料2份，由表2可知，Cd低积累型小麦材料其籽粒Cd含量变幅于2014—2015与2015—2016年分别为0.010—0.055 mg·kg-1和0.095—0.167 mg·kg-1，在当年大田试验中，均低于其他两类型材料。

表1 小麦籽粒Cd含量差异统计

表2 2014-2016不同Cd积累类型代表材料编号及其Cd含量变化

2.2 Cd低积累型小麦籽粒Cd含量与产量变化特征

依据大田试验结果，对Cd低积累型小麦进行土培种植，探讨其在不同Cd水平下的籽粒Cd含量和产量差异（表3）。在1和4 mg·kg-1Cd水平下，小麦籽粒Cd含量变幅分别为0.286—0.910 mg·kg-1（= 33.706%）和0.881—1.381 mg·kg-1（=12.276%），均值分别为0.502和1.117 mg·kg-1。与对照相比，在1 mg·kg-1Cd水平下，小麦籽粒产量变幅为3.199—7.716 g·plant-1（=24.044%），均值为5.554 g·plant-1，而在4 mg·kg-1Cd水平下，小麦籽粒产量变幅为3.075—8.252 g·plant-1（=30.351%），均值为5.632 g·plant-1。Cd低积累型材料间籽粒Cd含量与籽粒产量差异明显。

图1 139份小麦材料籽粒Cd含量聚类分析

表3 不同Cd水平下Cd低积累型材料籽粒Cd含量与籽粒产量差异统计

“-”表示未检测出 "-" means not detected

为获得籽粒Cd含量低且籽粒产量高的小麦材料，以籽粒Cd含量和籽粒产量为评价指标，对Cd低积累型小麦进行聚类分析（图2）。在1和4 mg·kg-1Cd水平下，当籽粒Cd含量、籽粒产量的欧氏距离分别为0.66、7.05和0.70、7.25时，将Cd低积累型小麦按籽粒Cd含量和籽粒产量高、低进行划分，以获得籽粒Cd含量低且高产的优势材料。依据图2可发现材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24 （M116）和良麦2号（M139）在1和4 mg·kg-1Cd水平下均具有籽粒Cd含量低且高产的优势。在大田试验条件下，材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）和良麦2号（M139）于2014—2015年和2015—2016年其籽粒Cd含量分别为0.044、0.037、0.023和0.026 mg·kg-1及0.160、0.143、0.166和0.141 mg·kg-1，均属于当年籽粒Cd含量低积累型且无明显差异；在土培条件下，1和4 mg·kg-1Cd水平时，其籽粒Cd含量分别为0.421、0.457、0.415和0.367 mg·kg-1及1.028、0.887、1.118和1.028 mg·kg-1，同一水平下，均属于籽粒Cd含量低积累型。对比分析可知，材料12N551（M033）、中梁22（M079）、G219-24（M116）和良麦2号（M139）籽粒Cd含量尽管在不同条件下（不同年份、不同培养方式、不同Cd水平）存在差异，但在相同条件下均属Cd积累较低类型材料，具有稳定的Cd低积累特性，且在年际间具有较好的重现性。由此，着重对Cd低积累型材料12N551（M033）、中梁22（079）、G219-24（M116）、良麦2号（M139）和Cd高积累型材料抗锈3816（M060）、射1136（M073）作进一步对比分析。

a：Cd低积累型小麦籽粒Cd含量聚类分析；b：Cd低积累型小麦籽粒产量聚类分析

2.3 两类型小麦材料对 Cd 的积累与转移差异

由表4可知，在同一Cd水平下，同一材料各器官Cd含量均表现为根＞茎叶＞籽粒，同一器官（根、茎叶或籽粒）Cd含量在4 mg·kg-1Cd水平下显著高于 1 mg·kg-1Cd水平。在1和4 mg·kg-1Cd水平下，Cd低积累型材料籽粒Cd含量均显著低于Cd高积累型材料，而其他部位Cd含量均差异不显著，两类型材料Cd从茎叶转移到籽粒的过程受到的阻滞程度不同。

转移系数（TF）可反映Cd从小麦根部到茎 叶进而转移至籽粒的强弱程度。分析表5可知，在1 mg·kg-1Cd水平下，Cd低积累型材料的TF籽粒/茎叶均显著低于Cd高积累型材料，而TF茎叶/根差异不显著；随着Cd水平升至4 mg·kg-1Cd水平，Cd低积累型材料的TF籽粒/茎叶均显著低于Cd高积累型材料抗锈3816（M060），但与射1136（M073）差异不显著，而两类型材料TF茎叶/根差异不明显，Cd低积累型材料Cd从茎叶到籽粒的转移能力弱于Cd高积累型材料，可将更多的Cd滞留在根或茎叶部位，以减少籽粒中的Cd积累。

表4 不同Cd水平下两类材料不同器官 Cd 含量差异

表中数据为平均值±标准差。不同下标小写字母表示不同小麦材料间差异达0.05显著水平，不同上标小写字母表示处理间差异达0.05显著水平。下同

The data in the table is the mean values±. Different lower case letters indicate that the difference between different wheat materials reaches 0.05 level. Different upper letters indicate a significant difference at 0.05 level. The same as below

表5 不同Cd水平下两类型材料对Cd的转运差异

3 讨论

3.1 不同小麦材料籽粒对Cd的积累差异

植物对Cd的吸收积累除受到遗传因素控制外还易受到外界环境的影响，土壤中Cd含量及有效性、土壤 pH、有机碳、施肥措施等环境因素均在不同程度上影响着植物中Cd含量，且不同植物或同一植物不同品种的Cd含量存在显著差异[18-20]。孙洪欣等[12]通过田间试验研究10个小麦品种，结果表明，籽粒Cd积累存在明显差异。本研究中，在2期大田试验条件下，139份小麦籽粒Cd含量差异明显，变幅分别为0.002—0.271 mg·kg-1和0.095—0.343 mg·kg-1，且小麦籽粒Cd含量存在年际差异。可见不同小麦除受自身遗传差异影响外，不同年份外界环境对各小麦籽粒Cd含量影响也较大。从这一角度上出发，筛选具有稳定Cd低积累特性的小麦材料推广应用势在必行。

3.2 籽粒Cd低积累型小麦材料的评价及筛选

Cd低积累型作物的筛选和培育作为Cd污染土壤可持续安全生产的一条经济、有效途径[21]，已成为安全利用受重金属污染耕地的一种重要手段[22]，Cd低积累型作物的评价基本采用籽粒Cd含量、转移系数或富集系数等对材料进行初步聚类分析以确定材料的类型划分或优势[11]，为对作物做出合理的评价和筛选，评价指标的选择尤为重要，选择作物吸收Cd的可食部位或关键指标进行评价，可较好地体现材料间Cd吸收积累的差异[2,19]。张锡洲等对145份水稻亲本材料Cd耐性及Cd积累进行评价，得到15份Cd低积累型水稻材料[7]。本研究以籽粒Cd含量为评价指标对139份小麦进行不同积累类型材料的划分与筛选，获得了16份Cd低积累型材料。在2期大田试验条件下，Cd低积累型材料籽粒Cd含量均未超出《食品污染物法典》（CCCF）规定的0.2 mg kg-1水平，按照中国对谷物规定的0.1 mg kg-1Cd限量水平，16份Cd低积累型材料籽粒Cd含量在2014—2015年均符合安全标准，2015—2016年存在部分材料籽粒Cd含量超过国家标准的情况，其可能是受到田间土壤Cd含量变化的影响，但与当年其他材料相比，Cd低积累型材料籽粒Cd含量仍可维持在较低水平，具有籽粒对Cd低积累的特性。大田试验为小麦评价筛选提供了实际生产中的外界环境，但也易受到诸如降水、大气沉降、灌溉水、施肥管理措施等不可控因素的影响[1,6,23-24]。为减少外界环境影响因素，进一步探讨Cd低积累型材料对Cd积累转移能力，以土培方式对比分析了Cd低积累型与Cd高积累型材料对Cd的转移积累差异。

3.3 籽粒Cd低积累型小麦对Cd的转移积累特征

Cd作为植物生长的非必需元素，它不参与植物的结构和代谢活动，但具有很强的生物毒性，植株体内过量积累Cd将受到严重的毒害[25]，如抑制生长、阻碍养分吸收、降低植物光合速率和呼吸作用、使碳水化合物代谢失调、植物代谢紊乱从而降低植株生物量或产量[26-27]。本研究，与对照相比，随着Cd浓度的增加，Cd低积累型材料籽粒产量均差异明显，材料12N551（M033）、中梁22（079）、G219-24（M116）、良麦2号（M139）较其他低积累材料具有更好的籽粒产量。在同一Cd水平下，各器官Cd含量由高到低依次为根、茎叶和籽粒，植物吸收Cd之后，大部分Cd被积累在根部[28-29]，植物对Cd的积累分配由根部特性决定，且存在品种间差异，小麦茎叶中Cd的重新分配也对籽粒中Cd的积累影响较大[22]。在2个Cd水平下，Cd低积累型材料籽粒Cd含量显著低于Cd高积累型材料，其根、茎叶Cd含量均差异不显著，说明Cd不易进入到Cd低积累型材料的籽粒部位，向籽粒转移积累较少。有学者提出水稻糙米中的Cd主要来源于其他器官的转移[5]，在同一Cd水平下，Cd低积累型材料的TF籽粒/茎叶均显著低于Cd高积累型材料，而TF茎叶/根差异不明显，Cd低积累型材料茎叶到籽粒对Cd的转移积累过程与Cd高积累型材料存在差异。籽粒Cd积累主要受茎叶向籽粒运输过程的控制[25,30]，Cd低积累型材料Cd的转移能力弱于Cd高积累型材料，不易将Cd转移至籽粒部位，使籽粒部位Cd积累更少。有研究指出，水稻中90%的Cd经由韧皮部到达籽粒部位，韧皮部对水稻籽粒Cd积累具有重要的作用[31]，同时提出，茎节可定向调控运输到籽粒部位的Cd，进而影响穗中Cd积累[31-33]，Cd从营养器官向生殖器官的转移决定了籽粒的Cd含量，主要是受到某些基因对于其Cd吸收能力的调控[5,11,31]，如在水稻可调控Cd离子穿过凯氏带进入木质部维管柱，该基因突变体可减少根部对Cd离子的吸收，进而降低茎叶和籽粒中的Cd含量[34]。由此推测，两类材料间茎叶到籽粒转移的过程导致的籽粒Cd含量差异，一方面可能是由于两类材料韧皮部的运输或茎节的调控差异所致，另一方面也可能是受到作物自身控制Cd的遗传基因的差异所致。

4 结论

大田试验条件下，139份小麦材料籽粒Cd含量差异明显，材料12N551、中梁22、G219-24、良麦2号等16份小麦材料具有Cd低积累特性；在1和4 mg·kg-1Cd土培条件下，Cd低积累型材料茎叶到籽粒Cd转移能力较弱，籽粒Cd积累较少。材料12N551、中梁22、G219-24、良麦2号表现出籽粒Cd含量低且籽粒产量高的优势，具备可用于中轻度Cd污染农田种植的潜力，可作为小麦Cd低积累遗传特性的研究材料。

[1] Liu K, Lü J L, HE W X, ZHANG H, CAO Y F, DAI Y C. Major factors influencing cadmium uptake from the soil into wheat plants., 2015, 113: 207-213.

[2] 欧阳燕莎, 刘爱玉, 李瑞莲. 镉对作物的影响及作物对镉毒害响应研究进展. 作物研究, 2016, 30(1): 105-110.

OUYANG Y S, LIU A Y, LI R L. Research progress on effects of cadmium on crops and the response of crops to cadmium., 2016, 30(1): 105-110. (in Chinese)

[3] LIU W T, LIANG L C, ZHANG X, ZHOU Q X. Cultivar variations in cadmium and lead accumulation and distribution among 30 wheat (L) cultivars., 2015, 22(11): 8432-8441.

[4] 中华人民共和国国家标准,《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB2762-2017）. 2017: 1-17. http://bz.cfsa.net.cn/db.

National standard of the People's Republic of China. food safety national standard food pollutant limit (GB2762-2017). 2017: 1-17. http://bz.cfsa.net.cn/db(in Chinese)

[5] SONG W E, CHEN L, CHEN B S, SONG N, LI N, LIU B. Variation of Cd concentration in various rice cultivars and derivation of Cd toxicity thresholds for paddy soil by species sensitivity distribution., 2015, 14(9): 1845-1854.

[6] 史高玲, 马鸿翔, 娄来清, 蔡庆生. 小麦株高和茎秆不同部位砷镉磷含量与籽粒砷镉磷含量的关系. 农业环境科学学报, 2017, 36(1): 8-15.

SHI G L, MA H X, LOU L Q, CAI Q S. Relationship between arsenic, cadmium, and phosphorous concentrations in different parts of wheat straw, wheat plant height and grain arsenic, cadmium, and phosphorous concentrations.2017, 36(1): 8-15. (in Chinese)

[7] 张锡洲, 张洪江, 李廷轩, 余海英. 水稻镉耐性差异及镉低积累种质资源的筛选. 中国生态农业学报, 2013, 21(11): 1434-1440.

ZHANG X Z, ZHANG H J, LI T X, YU H Y. Differences in Cd-tolerance of rice and screening for Cd low-accumulation rice germplasm resources,, 2013, 21(11): 1434-1440. (in Chinese)

[8] 陈京都, 何理, 林忠成, 戴其根, 张军, 郭保卫, 许露生, 张洪程. 不同生育期类型水稻对镉积累的研究. 生态与农村环境学报, 2013, 29(3): 390-393.

CHEN J D, HE L, LIN Z C, DAI Q G, ZHANG J, GUO B W, XU L S, ZHANG H C. Cd accumulation inrice relative to growth type., 2013, 29(3): 390-393. (in Chinese)

[9] 阳小凤, 马淑梅, 黄山, 宁柏成, 邱博, 李小红. 农田镉污染对大豆镉吸收特性及其产量的影响. 作物研究, 2017(6): 668-672.

YANG X F, MA S M, HUANG S, NING B C, QIU B, LI X H. Study on the cadmium absorptive character and yield variation of soybean in cadmium contaminated farmland., 2017(6): 668-672. (in Chinese)

[10] 刘维涛, 周启星, 孙约兵, 于志国. 大白菜(L.)对镉富集基因型差异的研究. 应用基础与工程科学学报, 2010, 18(2): 226-235.

LIU W T, ZHOU Q X, SUN Y B, YU Z G. Research on cadmium enrichment genotype differences ofL.., 2010, 18(2): 226-235. (in Chinese)

[11] 熊孜, 李菊梅, 赵会薇, 马义兵. 不同小麦品种对大田中低量镉富集及转运研究. 农业环境科学学报, 2018, 37(1): 36-44.

XIONG Z, LI J M, ZHAO H W, MA Y B. Accumulation and translocation of cadmium in different wheat cultivars in farmland., 2018, 37(1): 36-44. (in Chinese)

[12] 孙洪欣, 薛培英, 赵全利, 杨铮铮, 杨阳, 冯宇佳, 刘峰, 唐铁朝, 刘文菊. 镉、铅积累与转运在冬小麦品种间的差异. 麦类作物学报, 2015, 35(8): 1161-1167.

SUN H X, XUE P Y, ZHAO Q L, YANG Z Z, YANG Y, FENG Y J, LIU F, TANG T C, LIU W J. Differences of Cadmium and lead accumulation and transportation among winter wheat varieties., 2015, 35(8): 1161-1167. (in Chinese)

[13] 王永平, 杨万荣, 廖芳芳, 邢丹, 张爱民. 镉低积累作物筛选及其与超富集植物间套作应用进展. 广东农业科学, 2015, 42(24): 92-98.

WANG Y P, YANG W R, LIAO F F, XING D, ZHANG A M. Advances on screening of Cd low-accumulation crops and its intercropping with hyperaccumulator., 2015, 42(24): 92-98. (in Chinese)

[14] 刘凤枝, 师荣光, 徐亚平, 蔡彦明, 刘铭, 战新华, 王跃华, 刘保锋, 赵玉杰, 郑向群. 耕地土壤重金属污染评价技术研究——以土壤中铅和镉污染为例. 农业环境科学学报, 2006, 25(2): 422-426.

LIU F Z, SHI R G, XU Y P, CAI Y M, LIU M, ZHAN X H, WANG Y H, LIU B F, ZHAO Y J, ZHEN X Q. The study of assessment technology for farmland soil heavy metal pollutions., 2006, 25(2): 422-426. (in Chinese)

[15] 中华人民共和国国家标准,《土壤环境质量农用地土壤污染管控标准（试行）（GB15618-2018 代替GB15618-1995）》. 2018: 1-4. http:// websearch.mep.gov.cn/was5/web/search?.

National standard of the People's Republic of China. soil environmental quality control standard for agricultural land (trial) (GB15618-2018 replace GB15618-1995). 2018: 1-4. http://websearch. mep.gov.cn/was5/web/search?. (in Chinese)

[16] 李传飞, 李廷轩, 张锡洲, 余海英, 张路. 外源镉在几种典型农耕土壤中的稳定化特征. 农业环境科学学报, 2017, 36(1): 85-92.

LI C F, LI T X, ZHANG X Z, YU H Y, ZHANG L. Stability of exogenous cadmium in several typical agricultural soils., 2017, 36(1): 85-92. (in Chinese)

[17] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 北京: 中国农业科技出版社, 2000.

LU R K.. Beijing: China agricultural science and technology press, 2000. (in Chinese)

[18] 刘登璐, 黄有胜, 李廷轩, 张锡洲, 余海英, 王勇. 镉胁迫下烟草镉低积累材料的镉积累分配特征. 中国烟草科学, 2017, 38(5): 69-76.

LIU D L, HUANG Y S, LI T X, ZHANG X Z, YU H Y, WANG Y. The characteristics of Cd accumulation in low-Cd accumulating tobacco cultivars exposed to Cd., 2017, 38(5): 69-76. (in Chinese)

[19] 刘登璐, 李廷轩, 余海英, 张路, 王勇. 不同烟草材料镉积累差异评价. 农业环境科学学报, 2016, 35(11): 2067-2076.

LIU D L, LI T X, YU H Y, ZHANG L, WANG Y. Evaluation of differential cadmium accumulation ability in different tobacco species., 2016, 35(11): 2067-2076. (in Chinese)

[20] Yang X, Lu K Q, McGrouther K, Che L, Hu G T, Wang Q Y, LIU X Y, SHEN L L,HUANG H G, YE Z Q, WANG H L. Bioavailability of Cd and Zn in soils treated with biochars derived from tobacco stalk and dead pigs., 2017, 17(3): 751-762.

[21] 张路, 张锡洲, 李廷轩,戢林, 郑陶. 水稻镉安全亲本材料对镉的吸收分配特性. 中国农业科学, 2015, 48(1): 174-184.

ZHANG L, ZHANG X Z, LI T X, JI L, ZHENG T.Cd uptake and distribution characteristics of Cd pollution-safe rice materials., 2015, 48(1): 174-184. (in Chinese)

[22] 杨素勤, 程海宽, 张彪,景鑫鑫, 孙晓雪, 赵鹏. 不同品种小麦Pb积累差异性研究. 生态与农村环境学报, 2014, 30(5): 646-651.

YANG S Q, CHENG H K, ZHANG B, JING X X, SUN X X, ZHAO P. Differences in Pb accumulation between wheat varieties., 2014, 30(5): 646-651. (in Chinese)

[23] 刘克, 和文祥, 张红, 曹莹菲, 代允超, 吕家珑. 镉在小麦各部位的富集和转运及籽粒镉含量的预测模型. 农业环境科学学报, 2015, 34(8):1441-1448.

LIU K, HE W X, ZHANG H, CAO Y F, DAI Y C, Lü J L. Cadmium accumulation and translocation in wheat and grain Cd prediction., 2015, 34(8):1441-1448. (in Chinese)

[24] 朱智伟, 陈铭学, 牟仁祥, 曹赵云, 张卫星, 林晓燕. 水稻镉代谢与控制研究进展. 中国农业科学, 2014, 47(18): 3633-3640.

ZHU Z W, CHEN M X, MU R X, CAO Z Y, ZHANG W X, LIN X Y. Advances in research of cadmium metabolism and control in rice plants., 2014, 47(18): 3633-3640. (in Chinese)

[25] ZHU Y, YU H, WANG J, FANG W, YUAN J, YANG Z. Heavy metal accumulations of 24 asparagus bean cultivars grown in soil contaminated with Cd alone and with multiple metals (Cd, Pb, and Zn)., 2007, 55(10): 1045-1052.

[26] LIN R Z, WANG X R, LUO Y, DU W C, GUO H Y, YIN D Q . Effects of soil cadmium on growth, oxidative stress and antioxidant system in wheat seedlings (L.)., 2007, 69(1): 89-98.

[27] AKHTER F M. MACFIE S M. Species-specific relationship between transpiration and cadmium translocation in lettuce, barley and radish., 2012, 1(1): 1731-1739.

[28] 杨惟薇, 刘敏, 曹美珠, 张超兰. 不同玉米品种对重金属铅镉的富集和转运能力. 生态与农村环境学报, 2014, 30(6): 774-779.

YANG W W, LIU M, CAO M Z, ZHANG C L. Accumulation and transfer of lead (Pb) and cadmium ( Cd) on different species of maize., 2014, 30(6): 774-779. (in Chinese)

[29] MACFIE S M, BAHRAMI S, MCGARVEY B D. Differential accumulation of cadmium in near-isogenic lines of durum wheat: no role for phytochelatins., 2016, 187(15): 461-472.

[30] URAGUCHI S, MORI S, KURAMATA M, KAWASAKI A, ARAO T, ISHIKAWA S. Root-to-shoot Cd translocation via the xylem is the major process determining shoot and grain cadmium accumulation in rice., 2009, 60(9): 2677-2688.

[31] URAGUCHI S, FUJIWARA T. Cadmium transport and tolerance in rice: perspectives for reducing grain cadmium accumulation., 2012, 5(1): 1-8.

[32] WU Z C, ZHAO X H, SUN X C, TAN Q L, TANG Y F, NIE Z J, HU C X. Xylem transport and gene expression play decisive roles in cadmium accumulation in shoots of two oilseed rape cultivars ()., 2015, 119(119C): 1217-1223.

[33] SONG Y, JIN L, WANG X J. Cadmium absorption and transportation pathways in plants., 2017, 19(2): 133-141.

[34] ISHIMARU Y, TAKAHASHI R, BASHIR K, SHIMO H, SENOURA T, SUGIMOTO K, ONO K, YANO M, ISHIKAWA S, NAKANISHI H, NISHIZAWA N K. Characterizing the role of rice, 2012, 2: 286-293.

（责任编辑 李莉）

The evaluation of Cd accumulation in grains of different wheat materials

MING Yi, ZHANG XiZhou, YU HaiYing

(College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130)

【Objective】The screening of the low-Cd accumulation genotypes for wheat not only benefits for the safe production of Cd-contaminated agricultural soils, but also provides breeding materials for the study of hereditary characteristics of wheat. 【Method】In this study, 139 wheat lines were considered to be the research objectives and two consecutive field trials were carried out under Cd heavy pollution in soilin 2014-2015 and 2015-2016. Cd concentrations in grains of the 139 wheat lines for the two field trials were evaluated to investigate Cd accumulation difference among the 139 wheat lines, so as to obtain wheat lines with the characteristics of low-Cd accumulation in grains. Followly, the characteristics of Cd accumulation and yield of the low-Cd accumulation wheat materials were explored under Cd heavy pollution in soil by a pot experiment. With the index of Cd concentration in grain and grain yield, cluster analysis was also carried out to obtain superior wheat lines with low-Cd accumulation and high yield. The difference of Cd accumulation and translocation in organs between the two wheat lines was analyzed to get further understanding of the mechanisms of low-Cd accumulation in grains of the low-Cd accumulation wheat lines.【Result】For the two field experiments in 2014-2015 and 2015-2016, the range and coefficient of variation () of Cd concentrations in grains of the 139 wheat materials were 0.002-0.271 mg·kg-1DW-1, 63.097% and 0.095-0.343 mg·kg-1DW-1, 24.960%, respectively. There was a significant difference for Cd concentrations in grains among the 139 wheat materials. According to the cluster analysis, 16 low-Cd accumulation wheat lines were obtained for the two field experiments, including 12N551 (M033), JIMAI22 (M059), SHUMAI375 (M075), ZHONGLIANG22 (M079), 30389 (M092), B7094 (M094), ML2652 (M114), G219-24 (M116), 77782 (M121), NANNONGOzy23 (M123), SHENGC90097 (M124), Pm99915-1 (M126), NANNONG02y39 (M127), SHENGCXK027-4 (M129), 02Y23 (M131) and LIANGMAI No.2 (M139). For the pot experiment, significant difference for Cd concentrations in grains and grain yield among the 16 low-Cd accumulation wheat lines was observed. Cd concentrations in grains and grain yield among the 16 low-Cd accumulation wheat lines ranged from 0.286-0.910 mg·kg-1, 3.199-7.716 g·plant-1and 0.881-1.381 mg·kg-1, 3.075-8.252 g·plant-1, respectively. when exposed to 1 mg·kg-1and 4 mg·kg-1Cd, Theof Cd concentrations in grains and grain yield among the 16 low-Cd accumulation wheat lines was 33.706%, 24.044% and 12.276%, 12.276%, respectively. Then, the dominant wheat materials (12N551 (M033), ZHONGLIANG22 (M079), G219-24 (M116) and LIANGMAI No. 2 (M139) ) with low–Cd content and high yield were obtained according to the cluster analysis. Compared with the high-Cd accumulative materials (KANGXIU3816 (M060) and SHE1136 (M073)), Cd concentrations in different organs of the low-Cd accumulation wheat lines (12N551 (M033), ZHONGLIANG22 (M079), G219-24 (M116) and LIANGMAI No. 2 (M139) ) exposed to 4 mg·kg-1Cd were significantly higher than those exposed to 1 mg·kg-1Cd. Cd concentrations in grains of the low-Cd accumulation wheat lines (12N551 (M033), ZHONGLIANG22 (M079), G219-24 (M116) and LIANGMAI No. 2 (M139) ) were significantly lower than the high-Cd accumulation wheat lines(KANGXIU3816 (M060),SHE1136 (M073)). The low-Cd accumulation wheat lines presented lower Cd translocation from straws to grains and therefore lower Cd accumulation in grains. 【Conclusion】 According to the two-year field experiments and pot experiment, (12N551 (M033), ZHONGLIANG22 (M079), G219-24 (M116) and LIANGMAI No. 2 (M139)) showed lower Cd accumulation and greater grain yield in grains under different experimental conditions of field and pot experiments in 2014-2017, thus could be considered to be ideal candidates for the cultivation in the moderate Cd-contaminated agricultural soils and also providing materials for the study of genetic characteristics of the low Cd accumulation in grains.

wheat; Cd; low-Cd accumulation material; difference evaluation; translocation factor

2018-06-07；

2018-08-08

国家“十二五”科技支撑计划（2015BAD05B01）、四川省重点研发项目（2017SZ0188, 2017SZ0198, 2018SZ0326）

明毅，Tel：18380445140；E-mail：m864346198@163.com。

张锡洲，E-mail：zhangxzhou@163.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.22.001