全球土壤中重金属铅(Pb)污染问题严重, 采矿冶炼、固废堆置和污水灌溉等人类活动加剧了土壤重金属污染^[1].Pb具有高毒性, 不可被生物降解^[2], 土壤中过量Pb会对水稻品质产生不利影响, 并通过食物链对人类健康构成威胁^[3].据报道, 我国华南和华中地区15个水稻主产区产出的稻米中, 有12.9%的样品Pb含量超过Pb≤0.2 mg·kg^-1的标准限值^{[4, 5]}.因此, 土壤Pb污染导致的稻米Pb超标问题亟需解决.

近年来, 水稻对重金属的吸收、转运和累积受到广泛关注.水稻对重金属的吸收很大程度上取决于重金属在土壤中的有效性和植株中的迁移转运过程^[6].有研究发现, 水稻不同生育期由于生长状况和营养需求等因素的影响, 对重金属的吸收与转运差异明显.王倩倩等^[7]和叶长城等^[8]通过水培试验结果表明, 水稻糙米Cd累积的关键生育期为灌浆期和成熟期.彭华等^[9]通过在水稻分蘖期和孕穗期施用硅肥发现, 水稻糙米中Cd含量比未施硅肥下降25.3%. Zhou等^[10]通过测定不同生育时期水稻各部位Cd含量表明, 叶片中累积的Cd在孕穗期到成熟期进行了再转运, 对糙米中Cd累积的贡献率为22.5%~30.0%.刘昭兵等^[11]通过采集不同生育期水稻研究发现, 根系、茎和叶中Cd和Pb含量为:分蘖期>成熟期>抽穗期.还有研究表明, 糙米中Pb的累积是通过水稻籽粒发育过程中根的吸收、根-茎转运及茎-谷粒转运而来^{[12, 13]}.当前大量研究都聚焦于水稻不同生育期Cd的吸收转运, 部分研究讨论水稻植株Pb吸收累积的关键生育期, 但鲜有研究关注水稻不同生育期Pb胁迫对成熟期水稻植株和糙米Pb累积贡献.

本研究通过水培试验对水稻不同生育期单独供给Pb, 分析水稻不同生育期对Pb吸收累积的差异, 通过探讨水稻吸收累积Pb的关键生育时期, 明确不同生育期吸收累积的Pb对糙米中Pb累积的贡献, 以期为Pb污染稻田安全生产提供科学依据.

试供水稻为湘晚籼13号, 常规中熟晚稻品种, 全生育期103 d, 由湖南省水稻研究所提供.水稻培养营养液采用木村B营养液^[14].水培容器为可装2.5 L营养液的圆柱形塑料桶(内径20 cm, 高24 cm).

水培试验在中南林业科技大学生命科学楼三楼露台进行, 光、气、热均为自然状态, 亚热带季风湿润气候, 雨热同期, 四季分明. 2018年7月4日, 选取颗粒饱满、性状大小无明显差异的水稻种子用30% H₂O₂消毒15 min, 用去离子水洗净, 再用湿润的纱布包裹, 置于人工培养箱(温度30℃, 湿度50%)中培养发芽, 芽长至1 cm左右, 播种于未受Pb污染的土壤中. 2018年7月16日, 选取培育后株高为15 cm左右、长势良好的水稻幼苗(三叶一心), 根系用自来水冲洗, 去除根系附着的黏土, 用泡沫浮板固定海绵包裹水稻幼苗, 放入长方体塑料盆中进行前期培养, 使水稻幼苗正常生长, 满足后期试验要求. 2018年7月26日选择长势相近的水稻幼苗, 五叶一心, 移入圆柱形塑料桶进行水培试验.

本试验设计7个外源Pb添加处理(见表 1), 分别且仅在分蘖期(S_分蘖, 29 d)、拔节期(S_拔节, 16 d)、孕穗期(S_孕穗, 13 d)、灌浆期(S_灌浆, 17 d)、蜡熟期(S_蜡熟, 14 d)和成熟期(S_成熟, 14 d)添加外源Pb, 以及全生育期(S_全, 103 d)添加外源Pb, 同时设置全生育期不添加外源Pb作为空白(CK)对照.外源Pb选用醋酸铅[(CH₃COO)₂Pb], 使水培中营养液Pb浓度为0.5 mg·L^-1.本试验期间, 每3 d更换一次营养液, 使用稀HNO₃和NaOH溶液调节营养液的pH, 使pH维持在5.5.试验各处理均重复3次.水稻种植期间, 根据实际情况喷洒农药, 防止病虫害.

表 1 (Table 1)

表 1 试验设计 Table 1 Experimental design 处理 外源Pb胁迫浓度/mg·L-1 胁迫时期 胁迫时间/d CK 0 无 0 S分蘖 0.50 分蘖期 29 S拔节 0.50 拔节期 16 S孕穗 0.50 孕穗期 13 S灌浆 0.50 灌浆期 17 S蜡熟 0.50 蜡熟期 14 S成熟 0.50 成熟期 14 S全 0.50 全生育期 103

表 1 试验设计 Table 1 Experimental design

水稻成熟后, 采集整株水稻, 用自来水去除水稻表面尘土, 再用超纯水清洗3次后分剪.将水稻植株分为稻谷、穗轴、叶、茎、茎节1(茎节为茎与叶的连结点, 茎节1为茎连接穗和旗叶的最上面节点)、其他茎节(除了茎节1以外的茎节)、根基茎(根与茎连结2 cm处)和根^{[15, 16]}.根系放入5 mmol·L^-1的CaCl₂溶液浸泡15 min^[17], 用于去除根系表面吸附的Pb²⁺, 再和其他部位一同自然风干24 h后, 放入烘箱105℃杀青30 min, 再70℃烘干至恒重.水稻各部位分别称量, 记录干重.稻谷使用小型砻谷机(JLGJ4.5, 浙江台州市粮仪厂)脱壳后, 分离谷壳和糙米.水稻各部位均用粉碎机(JFSJ-100-1, 浙江台州市粮仪厂)粉碎, 装入密封袋保存待测.

水稻各部位样品采用干灰化法处理, 具体为称取3.0 g水稻样品粉末于30 mL坩埚中, 在马弗炉中碳化至无黑烟(250℃), 然后500℃高温灰化6~8 h.取出冷却, 加入0.5 mol·L^-1 HNO₃溶解灰分, 并多次洗涤坩埚, 定容到50 mL容量瓶中, 保存备测.用石墨炉原子吸收分光光度计(iCE-3500, Thermo-Fisher)测定水稻样品中Pb含量.在分析过程中, 所有水稻样品以湖南大米[GBW10045(GSB-23)]进行质量控制, Pb的回收率为94.1%~104.9%.

不同生育期Pb胁迫对水稻植株、地上部位和糙米Pb累积的相对贡献率计算方式见下式:

式中, RC为相对贡献率(%), C_i为不同生育期Pb胁迫下某部位Pb含量(mg·kg^-1), C_CK为对照下某部位Pb含量(mg·kg^-1), B_i为不同生育期Pb胁迫下某部位生物量(干重, g·株^-1), B_CK为对照下某部位生物量(干重, g·株^-1), i为不同生育期Pb胁迫(分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期、蜡熟期和成熟期).

本研究数据统计与分析采用Excel 2013和SPSS 22.0单因素ANOVA中Duncan多重比较法分析各处理间差异(P＜0.05);水稻各部位Pb含量表示为平均值±标准偏差(n=3), 图形采用Origin 2018进行绘制.

对水稻分蘖数、株高和生物量进行分析测定, 结果如表 2和图 1.可以看出, 0.5 mg·L^-1的Pb胁迫对水稻生长有一定的影响.从水稻植株分蘖数来看, 6个单一时期Pb胁迫处理, 分蘖数范围为17~21蘖·株^-1, 与CK之间均不存在显著差异, 而全生育期Pb胁迫(S_全)处理时水稻分蘖数(23蘖·株^-1)显著高于对照CK处理(19蘖·株^-1).从株高来看, 拔节期Pb胁迫(S_拔节)处理时水稻株高明显增加, 与CK(70.5 cm)相比高出9.9%, 而其他各单一时期Pb胁迫处理均与CK无显著差异.S_全处理时水稻株高最低, 仅为59.0 cm, 与CK和各单一时期Pb胁迫处理之间均存在显著差异(P＜0.05).从生物量来看, CK处理的总生物量最大, 为61.0 g·株^-1, S_全处理的总生物量最小, 仅为47.4 g·株^-1, 比CK下降了22.3%.与CK相比, 各单一时期Pb胁迫处理使总生物量降低了6.3%~15.7%.显然, 不同生育时期0.5 mg·L^-1的Pb胁迫对水稻植株的生物量具有一定的抑制作用.

表 2 (Table 2)

表 2 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期分蘖数和株高1) Table 2 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on tiller numbers and heights of rice plants at the maturing stage 项目 CK S分蘖 S拔节 S孕穗 S灌浆 S蜡熟 S成熟 S全 分蘖数/蘖·株-1 19±2bc 21±1ab 20±3abc 21±2ab 19±2bc 17±2c 19±3bc 23±2a 株高/cm 70.5±2.5bcd 65.0±4.4d 77.5±2.5a 65.5±2.5d 75.0±5.0abc 69.0±1.7cd 75.5±4.5ab 59.0±3.0e 1)同一行不同小写字母表示各处理差异显著(P＜0.05)

表 2 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期分蘖数和株高1) Table 2 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on tiller numbers and heights of rice plants at the maturing stage

图 1

Fig. 1

图 1 不同生育期Pb胁迫下水稻不同部位生物量 Fig. 1 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on the biomass of different rice tissues

表 3是不同生育期Pb胁迫对水稻各部位Pb含量的影响.从中可知, 水稻各部位Pb含量在不同生育期Pb胁迫处理下存在明显差异.除S_全处理时水稻地上部位和根系中Pb含量最大外, 其余6个单一时期处理中, S_分蘖、S_拔节和S_孕穗处理水稻地上部位Pb含量显著高于S_灌浆、S_蜡熟和S_成熟处理, 而根系Pb含量与地上部位相反, 即S_灌浆、S_蜡熟和S_成熟处理根中Pb含量显著高于S_分蘖、S_拔节和S_孕穗.

表 3 (Table 3)

表 3 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期各部位Pb含量1) Table 3 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on Pb content in different rice tissues at the maturing stage 处理 水稻成熟期不同部位Pb含量/mg·kg-1 糙米 谷壳 穗轴 叶 茎 茎节1 其他茎节 根基茎 根 CK 0.08±0.00e 0.59±0.01c 0.44±0.02c 0.47±0.06d 0.29±0.01d 0.15±0.00c 0.87±0.04e 2.05±0.35e 20.54±1.89f S分蘖 0.46±0.02d 1.26±0.15bc 3.35±0.17c 3.35±0.12c 2.73±0.55c 51.82±10.16b 25.22±1.02bc 14.85±3.18b 34.48±0.73f S拔节 0.70±0.16c 1.38±0.20bc 7.78±0.43b 6.65±0.32b 4.85±0.46b 63.57±13.80b 27.95±2.97b 24.48±2.89a 77.41±6.61e S孕穗 1.20±0.16b 1.52±0.33b 1.58±0.12c 3.99±0.31c 2.64±0.06c 52.94±6.91b 23.78±2.76c 11.84±1.92bc 30.84±0.84f S灌浆 0.21±0.04e 0.94±0.01b 0.74±0.02c 1.51±0.38d 2.20±0.13cd 22.60±4.50c 18.94±3.04d 10.20±3.34c 148.76±15.03d S蜡熟 0.10±0.00e 1.07±0.26bc 0.67±0.01c 1.72±0.18d 0.39±0.01d 0.95±0.18c 2.53±0.41e 5.35±0.02de 350.11±28.61b S成熟 0.21±0.03e 1.26±0.14bc 0.75±0.08c 1.43±0.06d 0.66±0.10cd 0.29±0.01c 2.38±0.14e 8.00±0.47cd 283.20±20.20c S全 1.76±0.17a 9.56±0.98a 34.09±4.54a 8.43±2.39a 15.79±3.24a 162.86±32.40a 103.08±3.44a 26.95±3.14a 936.20±17.94a 1)同一列不同小写字母表示各处理差异显著(P＜0.05)

表 3 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期各部位Pb含量1) Table 3 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on Pb content in different rice tissues at the maturing stage

对于不同部位Pb含量, 7个处理各部位中Pb含量均显著高于CK(P < 0.05), S_全处理各部位中Pb含量远高于其他6个单一时期Pb胁迫处理.各处理根系Pb含量变化范围较大, 为30.8~936.2 mg·kg^-1; 其次为茎节1、其他茎节和根基茎中Pb含量, 变化范围分别为0.3~162.9、2.4~103.1和5.4~27.0 mg·kg^-1, 其中茎节1的Pb含量平均值高于其他茎节Pb含量平均值; 茎、叶和穗轴Pb含量变化范围相对较小, 分别为0.4~15.8、1.4~8.4和0.7~34.1 mg·kg^-1.在单一时期Pb胁迫处理中, S_孕穗处理糙米Pb含量最高为1.2 mg·kg^-1, 显著高于其他处理(P < 0.05);其次为S_拔节和S_分蘖处理, 糙米Pb含量分别为0.7 mg·kg^-1和0.5 mg·kg^-1, S_灌浆、S_蜡熟和S_成熟处理糙米中Pb含量较低.

图 2(a)是不同生育期Pb胁迫对水稻各部位Pb累积的影响, 图 2(b)是不同生育期Pb胁迫对水稻糙米Pb累积的影响.水稻各部位(糙米、谷壳、穗轴、叶、茎、茎节1、其他茎节、根基茎和根)Pb累积量为水稻各部位Pb含量与各部位生物量的乘积.

图 2

Fig. 2

图 2 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期各部位Pb累积量 Fig. 2 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on Pb accumulation amounts in different rice tissues at the maturing stage

由图 2(a)可知, 不同生育期Pb胁迫处理下水稻植株Pb累积量显著高于对照CK处理, 变化范围为357.2~5 785.6 μg·株^-1, 其中根系Pb累积量占比最大.根系Pb累积量变化范围为172.6~5 113.5 μg·株^-1, 占植株Pb总累积量的48.3%~98.2%, 平均为75.3%. 7个不同处理根系Pb累积量从高到低依次为:S_全＞S_蜡熟＞S_成熟＞S_灌浆＞S_拔节＞S_分蘖≈S_孕穗.其中, S_全处理时根Pb累积量最高, 为5 113.5 μg·株^-1, 其次是S_蜡熟处理, 其根Pb累积量为1969.1 μg·株^-1, 是地上部位Pb总累积量的55倍; S_分蘖和S_孕穗处理下根系Pb累积量相对较低, 分别为172.6 μg·株^-1和187.3 μg·株^-1. 7个不同处理地上部位Pb累积量变化范围为36.2~276.9 μg·株^-1, Pb累积量排序为:S_全＞S_拔节＞S_分蘖≈S_孕穗＞S_灌浆＞S_蜡熟≈S_成熟.由图 2(b)可以看出, 糙米Pb累积量变化范围为0.6~6.6 μg·株^-1, 在单一时期Pb胁迫处理中, 糙米Pb累积量在S_孕穗处理时最大, 为5.3 μg·株^-1, 其次是S_拔节和S_分蘖处理, 分别为3.2 μg·株^-1和2.8 μg·株^-1.

表 4为不同生育期Pb胁迫对水稻植株、地上部位和糙米Pb累积的相对贡献率.不同生育期Pb胁迫下, 水稻植株的相对贡献率大小顺序为:S_蜡熟＞S_成熟＞S_灌浆＞S_拔节＞S_孕穗＞S_分蘖, 相对贡献率分别为37.7%、27.4%、14.9%、11.3%、4.6%和4.1%.不同生育期Pb胁迫下水稻地上部位的相对贡献率大小顺序为:S_拔节＞S_孕穗＞S_分蘖＞S_灌浆＞S_成熟＞S_蜡熟, 相对贡献率分别为34.5%、23.6%、22.1%、13.9%、3.9%和2.0%.这说明水稻地上部位中Pb主要来源于分蘖期、拔节期和孕穗期的吸收和转运, 水稻根系中Pb主要在灌浆期、蜡熟期和成熟期累积, 并且向地上部位转运Pb的能力减弱.各单一时期Pb胁迫处理糙米Pb累积的贡献率大小为:S_孕穗＞S_拔节＞S_分蘖＞S_灌浆＞S_成熟＞S_蜡熟.S_孕穗处理Pb累积对糙米Pb累积相对贡献率最大, 为43.3%, 其次是S_拔节和S_分蘖处理, 相对贡献率分别是24.3%和21.3%.

表 4 (Table 4)

表 4 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期植株、地上部位和糙米Pb累积的相对贡献率 Table 4 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on relative contributions of Pb accumulation in whole rice plants, aboveground parts, and brown rice at the maturing stage 生育期 不同部位Pb累积的相对贡献率/% 水稻植株 地上部位 糙米 分蘖期 4.1 22.1 21.3 拔节期 11.3 34.5 24.3 孕穗期 4.6 23.6 43.3 灌浆期 14.9 13.9 5.2 蜡熟期 37.7 2.0 1.7 成熟期 27.4 3.9 4.2

表 4 不同生育期Pb胁迫下水稻成熟期植株、地上部位和糙米Pb累积的相对贡献率 Table 4 Effects of exogenous Pb stress at different growth stages on relative contributions of Pb accumulation in whole rice plants, aboveground parts, and brown rice at the maturing stage

本研究中水稻不同生育期吸收的Pb对成熟后各部位Pb累积差异明显.在分蘖期(S_分蘖)、拔节期(S_拔节)和孕穗期(S_孕穗)Pb胁迫下, 水稻糙米、茎、叶和穗轴Pb含量和累积量均较高, 而灌浆期(S_灌浆)、蜡熟期(S_蜡熟)和成熟期(S_成熟)处理糙米、茎、叶和穗轴Pb含量和累积量均较低(表 3和图 2).其原因在于水稻在分蘖期和拔节期是水稻的营养生长期, 生长迅速且新陈代谢作用旺盛, 需要从营养液中吸收大量营养元素, 大量的Pb随着营养物质进入到水稻植株内^[18].孕穗期是水稻拔节进一步完成的时期, 水稻长出穗轴, 在该时期吸收的营养物质对水稻后期形成谷壳和糙米贡献较大.水稻不同生育期吸收的Pb对成熟后根系中Pb累积差异也非常明显, 根系Pb含量和累积量大小趋势均为:生殖生长阶段(灌浆期、蜡熟期和成熟期)>营养生长阶段(分蘖期、拔节期和孕穗期).出现这种现象的原因可能在于:①相比于水稻营养生长阶段, 水稻生殖生长阶段根系生物量大, 吸收和附着Pb的位置充足^[19], 但水稻叶片光合作用能力和根系生理活性下降^[20], 根系向地上部位转运Pb的能力减弱, 大量的Pb被根系阻隔^{[7, 21]}; ②水稻营养生长阶段, 根系根表铁膜处于逐步形成期, 新生根系前端还没有完全覆盖根表铁膜, 阻控Pb向地上部迁移能力较弱; 而生殖生长阶段, 水稻对重金属的解毒能力和耐受性增强^[22], 根表铁膜已经形成且逐渐老化变厚, 对Pb具有较强的截留能力^[23], 因此后期Pb胁迫的Pb大部分被根表铁膜阻隔并累积在根系中.在全生育期Pb胁迫下, 水稻在前期吸收的Pb主要向地上部位迁移, 而后期主要将Pb滞留在根部, 整个生育期(103 d)水稻受Pb胁迫时间长, 导致水稻植株Pb累积量高达5 785.6 μg·株^-1.

本研究中水稻孕穗期(S_孕穗)吸收累积的Pb对糙米中Pb的相对贡献率最高, 为43.3%, 其次为拔节期和分蘖期, 相对贡献率分别为24.3%和21.3%(表 4).这与Liu等^[24]的研究结果相近, 水稻幼苗时期吸收累积的Pb在后期生长过程中转运至糙米.缪小建等^[25]的研究发现, 孕穗期前水稻茎鞘贮存的非结构性碳水化合物和孕穗期后的光合产物, 对启动灌浆初期籽粒库的活性和促进籽粒灌浆起重要作用, 并在孕穗期后转运至穗部籽粒中^[26], 同时将累积在茎鞘中的Pb转运至糙米.Xie等^[27]的盆栽试验表明, 糙米中Pb大部分来源于根系吸收土壤中的有效Pb通过茎鞘转运到穗轴再传输到糙米, 处于分蘖期时的水稻受主动运输和被动运输双重影响^[13].在生育后期水稻根系Pb不易向地上部位转运, 茎和叶中贮藏的Pb仍然会向糙米转运.地上部位Pb累积的相对贡献率在分蘖期、拔节期和孕穗期较高, 分别为22.1%、34.5%和23.6%.在营养生长阶段吸收的Pb较多地累积在地上部位, 而不在根系中累积, 这也可能是Pb向糙米转移的重要来源^[28].这些结果说明, 糙米中Pb累积主要来源于孕穗期根系吸收及孕穗期其他部位中Pb向糙米的转运, 因此孕穗期是糙米Pb累积的关键生育期.这为在水稻孕穗期采用淹水灌溉、施加改良剂或叶面阻控等技术方法降低糙米Pb累积提供理论依据.此外, 孕穗末期糙米中Pb含量还可作为评估水稻成熟后糙米Pb含量的一个重要预测指标^[24].

本研究表明, 不同生育期Pb胁迫水稻根系Pb累积量占植株累积量的48.3%~98.2%, 尤其是灌浆期、蜡熟期和成熟期Pb胁迫处理下根Pb累积量分别为762.9、1 969.1和1 448.6 μg·株^-1 [图 2(a)].Pb可通过Ca²⁺的阳离子转运体进入水稻根系^[29], 根部成为外源Pb从外界环境进入水稻植株内最关键的部位.有研究表明, 水稻植株所吸收的Pb大部分被局限于根系组织^{[30, 31]}, 根系累积量占水稻植株的累积量甚至超过95%^[32].这与本研究中S_成熟和S_蜡熟处理的研究结果一致, 其根系中Pb累积量均超过95%.穗轴、茎和叶的Pb累积量均在拔节期Pb胁迫下最高, 分别为7.5、115.1和76.3 μg·株^-1[图 2(a)].水稻茎鞘是连接穗轴与叶片传输物质的主要通道, 通过蒸腾作用将根系吸收的营养物质和其他物质运输到穗轴和叶片^{[27, 33]}.在水稻地上部位中, 茎和叶的生物量平均值远大于其他部位, 导致茎和叶中Pb累积量相对较高.在分蘖期和拔节期水稻茎和叶迅速生长, 茎节也不断增多, 而茎和叶作为水稻营养生长发育最关键的两个部位, 在生物量快速增长的同时, 吸收累积了大量的Pb^[8], 这成为水稻进入生殖生长阶段以后糙米中Pb积累的重要来源^[28].这与Zhou等^[10]的研究结果相类似, 在Cd低污染土壤和高污染土壤种植的水稻, 叶中的Cd含量在乳熟期开始逐渐降低, 并通过茎逐渐向糙米中转运, 对糙米Cd积累的贡献率分别达到30.0%和22.5%.

在分蘖期、拔节期和孕穗期下的茎节中Pb含量皆高于其他地上部位, 其中茎节1的Pb含量平均值高于其他茎节.茎节内扩大维管束的木质部区域比茎和叶的维管束大10倍以上, 这种差异会降低木质部中的质量流速度^[34], 从而使Pb在茎节中保留时间更长, 因此茎节中Pb含量较高.Yamaji等^[15]的研究认为, 茎节是矿物元素优先分布的枢纽, 茎节1中Cd含量高于其他茎节, 与本研究关于Pb的结果相似.因此, Pb在水稻植株中的转运过程可能与Cd的转运相似.水稻植株中Cd向籽粒转运过程是根系中的Cd通过木质部向茎运输, 然后经过木质部向韧皮部转移, 由韧皮部向籽粒运输, 最终在籽粒中累积^[35].本研究通过相关性分析发现(表 5), 单一生育期Pb胁迫处理下水稻根系Pb含量与茎节1(r=-0.933)和其他茎节(r=-0.965)中Pb含量均呈极显著负相关关系(n=6, r_0.01=0.917), 而茎中Pb含量与茎节1(r=0.923)和根基茎(r=0.965)中Pb含量均呈极显著正相关关系(n=6, r_0.01=0.917), 与其他茎节中Pb含量呈显著正相关关系(r=0.914; n=6, r_0.05=0.811), 叶中Pb含量与茎节1中Pb含量呈显著正相关关系(r=0.898; n=6, r_0.05=0.811), 与根基茎中Pb含量呈极显著正相关关系(r=0.954; n=6, r_0.01=0.917), 这说明Pb在水稻各部位之间的迁移转运与茎节紧密相关.有研究发现, 茎节正是物质从木质部向韧皮部转移的中心器官, 在水稻的分蘖期、拔节期和孕穗期长出.茎节是阻隔重金属进入糙米的一道屏障, Pb由根部吸收后转运到地上部分, 首先通过茎节被重新分布, 一部分进入茎鞘、谷壳和糙米, 另一部分进入叶片^[36].

表 5 (Table 5)

表 5 不同生育期水稻各部位Pb含量相关性1) Table 5 Correlations of Pb contents in different rice tissues at different growth stages 糙米 谷壳 穗轴 叶 茎 茎节1 其他茎节 根基茎 根 米 1 0.858* 0.369 0.688 0.595 0.771 0.674 0.480 -0.757 谷壳 1 0.439 0.662 0.454 0.617 0.425 0.471 -0.543 穗轴 1 0.926** 0.887* 0.753 0.668 0.968** -0.515 叶 1 0.946** 0.898* 0.805 0.954** -0.711 茎 1 0.923** 0.914* 0.965** -0.801 茎节1 1 0.965** 0.850* -0.933** 其他茎节 1 0.804 -0.956** 根基茎 1 -0.683 根 1 1)*表示P < 0.05差异显著, **表示P < 0.01差异显著; n=6, r0.01=0.917, r0.05=0.811

表 5 不同生育期水稻各部位Pb含量相关性1) Table 5 Correlations of Pb contents in different rice tissues at different growth stages

(1) 各单一时期Pb胁迫处理较CK水稻株高和分蘖数不存在显著影响, 对生物量有一定的抑制作用, 而全生育期Pb胁迫处理下水稻株高和生物量均受到明显抑制.

(2) 水稻成熟后不同部位的Pb含量差异表现为:根系＞茎节1＞其他茎节＞根基茎＞茎＞叶＞穗轴＞谷壳＞糙米.不同生育期Pb胁迫处理糙米Pb含量变化范围为0.1~1.2 mg·kg^-1, 其顺序为:孕穗期Pb胁迫＞拔节期Pb胁迫＞分蘖期Pb胁迫＞灌浆期Pb胁迫＞成熟期Pb胁迫＞蜡熟期Pb胁迫.

(3) 水稻植株地上部位和糙米中Pb累积量相对贡献率均为:水稻营养生长阶段(分蘖期、拔节期和孕穗期)>生殖生长阶段(灌浆期、蜡熟期和成熟期), 其中孕穗期为糙米Pb积累的关键生育期, 对糙米Pb累积的相对贡献率为43.3%, 其次是拔节期和分蘖期处理, 相对贡献率分别为24.4%和21.3%.

(4) 糙米中Pb累积主要来源于孕穗期根系吸收及孕穗期其他部位中Pb向糙米的转运, 建议在水稻孕穗期适度采用淹水灌溉、施加改良剂或叶面阻控等技术措施, 以降低糙米Pb的累积, 实现Pb污染稻田安全利用.