土壤-植物体系中施硒方式影响作物吸收转运镉的研究进展_张秀锦.pdf

土壤植物体系中施硒方式影响作物吸收转运镉的研究进展张秀锦1，柴冠群2，刘桂华2，张容慧3，黄承玲1*，范成五2(1贵州民族大学生态环境工程学院，贵州贵阳 550025;2贵州省农业科学院土壤肥料研究所，贵州贵阳 550006;3贵州大学，贵州贵阳 550025)摘要镉是一种毒性较强的重金属，镉污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点。硒是人体不可缺少的微量元素之一，利用硒与镉在植物体内的拮抗作用，在土壤或植物中施外源硒可以降低作物的重金属镉含量，并提高作物中硒含量。前人研究表明不同的施硒方式影响植物中镉吸收转运的效果，总结了土壤施硒和叶面施硒 2 种施硒方式下对不同农作物镉吸收和转运的影响，发现以果实或叶片作为食用对象的作物，可以用叶面喷施外源硒的方式降低镉在食用部位的累积，而土壤施加外源硒可降低植物根部对土壤中镉的吸收及镉在植物体内转运至可食用部位的含量，同时转运至可食用部位的硒含量增加，以期为今后更加深入研究施硒对镉污染土壤安全利用提供参考依据，对镉污染土壤中实现农产品安全生产具有重要意义。关键词硒;镉;拮抗作用;土壤施硒;叶面施硒中图分类号S1544文献标识码A文章编号05176611(2023)01001003doi:103969/jissn05176611202301003开放科学(资源服务)标识码(OSID):esearch Progress on Effects of Selenium Application on Cadmium Uptake and Transport by Crops in Soil Plant SystemZHANG Xiu-jin1，CHAI Guan-qun2，LIU Gui-hua2et al(1College of Eco-Environmental Engineering of Guizhou Minzu University，Guiyang，Guizhou 550025;2 Soil and Fertilizer Institute，Guizhou Academy of Agricultural Sciences，Guiyang，Guizhou 550006)AbstractCadmium is a highly toxic heavy metal Cadmium pollution has the characteristics of concealment，longterm and irreversibilitySelenium is one of the indispensable trace elements for human body Using the antagonistic effect of selenium and cadmium in plants，the ap-plication of exogenous selenium in soil or plants can reduce the content of heavy metal cadmium in crops and increase the content of seleniumin crops Previous studies have shown that different selenium application methods affect the effect of cadmium absorption and transport inplants This paper summarizes the effects of soil selenium application and leaf selenium application on cadmium absorption and transport in dif-ferent crops It is found that for crops with fruits or leaves as edible objects，foliar spraying of exogenous selenium can reduce the accumulationof cadmium in edible parts，the application of exogenous selenium in soil decreased the absorption of cadmium by plant roots and the contentof cadmium transported to edible parts in plants，and the content of selenium transported to edible parts increased at the same time It is expec-ted to provide a reference basis for further study on the safe utilization of selenium on cadmium contaminated soil in the future，and is of greatsignificance to realize the safe production of agricultural products in cadmium contaminated soilKey wordsSelenium;Cadmium;Antagonism;Soil selenium application;Foliar application of selenium基金项目贵州省科技厅科技支撑计划项目(黔科合支撑 2018 2338);贵州省土壤肥料研究所成果培育项目(TFSJY001)。作者简介张秀锦(1996)，女，山西晋中人，硕士，研究方向:重金属污染土壤修复。*通信作者，教授，从事重金属污染土壤生态修复与管控研究。收稿日期20220315镉是一种毒性较强的重金属，我国土壤镉污染的点位超标率为 7%1。镉污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点2。镉价态有 2 种(0 价和+2 价)，镉在土壤中一般以+2价的形式存在，土壤中镉的形态3 大致可以细分为水溶性态、交换性态、可还原态、螯合态、难溶性有机结合态。杨居荣等4 的研究证明，在谷物中的镉主要以螯合态的形式存在。根系是镉进入植物体内的第一道屏障，对镉的积累主要分布在根部5。李江遐等6 研究表明，镉在水稻中的分布为根茎叶糙米。镉一旦被茎和叶运输到籽实中就被固定，不会再转运到其他部位。硒是自然界中分布不均匀的一种稀有元素7。硒具有增强免疫力、抗氧化和抗衰老的生理功能，是人体和动物所必需的微量元素8。元素 硒有多种价态9:元 素态硒(0 价)、硒化物(2 价)、亚硒酸盐(+4 价)和 硒酸盐(+6 价)。亚硒酸盐为土壤中硒的主要形态，也是植物从其他地方吸收硒的主要无机形态10。硒在植物营养阶段在幼叶中积累，生殖生长阶段中种子硒含量高而叶片中硒含量却大幅降低11。硒的广泛利用对于促进农业种子的萌发，作物生长率和粮食品质的改善具有十分重要的意义1213。适量的硒还能缓解植物中重金属胁迫，抑制重金属的吸收14，这种硒与镉的相互作用就是拮抗作用15。目前关于拮抗作用的研究有很多，郭锋等16 发现外源硒使菠菜地上部和根部镉含量显著降低。孙红艳等17 研究表明，施加外源硒浓度为 25 mol/L 对黄瓜幼苗的镉毒害缓解效果最佳。硒对镉的拮抗作用也受硒价态的影响1819，通常情况下 Se6+对镉的拮抗低于 Se2和 Se4+。周健等20 研究发现，在镉胁迫下，对于降低油菜的镉胁迫采用 Se2处理最为有效。张海英等21 试验证明，施+4 价的外源 Se 使草莓中硒含量增加，也减少了草莓对金属镉的吸收。可见，硒对镉的这种拮抗效应受农作物种类、镉浓度、硒浓度及硒价态的影响。笔者归纳前人关于叶面施硒和土壤施硒的相关研究，总结了 2 种施硒方式对土壤植物体系中镉吸收转运的影响，旨在探索利用硒、镉的拮抗作用降低镉的科学方法，为寻找富硒产品研究提供参考。1叶面施硒对作物吸收转运镉的影响11对镉含量的影响土壤植物体系中镉浓度过高会对作物产生毒害作用，而施外源硒是一种有效可行的富硒、降镉的方法。研究发现叶片中的气孔通道是植物叶片与外界的联系，植物通过叶片吸收养分，与根系表面相似，营养物质被叶片选择吸收到内部22，所以可通过叶面对作物喷施硒来达到降低镉含量的目的，成为近年来的研究热点。水稻作01安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(1):1012为重要的粮食作物，研究叶面施硒影响水稻积累镉的报道很多。刘永贤等23 对百香 139 和中广香 1 号 2 种水稻叶面喷施 438 g/L 的 Na2SeO3发现，百香 139 籽实的镉含量比对照降低了 8333%，对中广香 1 号影响却很小。黄青青等24 试验表明，叶面施硒使早稻和晚稻地上部镉含量降低，其秸秆、糙米和稻壳中镉含量分别比对照降低了 450%185%、13.0%235%和 400%365%。方勇等25 试验发现，在喷施低浓度硒为 25 和 50 g/hm2时，相比对照组籽粒中镉含量变化不大，而喷施硒浓度增加至 75 和 100 g/hm2时，稻米中镉含量显著降低，施硒组浓度为 100 g/hm2比对照镉含量降低了 156%。谭旭生等26 对黄华占和星 2 号 2 种水稻品种叶面喷施的外源硒量分别为 8、10、16、20 g/hm2，黄华占和星2 号分别施 16 和 8 g/hm2时降镉明显，分别是 2230%和25.11%，随着施硒量的增加，2 种水稻降镉的作用却减弱。说明水稻品种不同，叶面施硒对镉积累的影响差异较大;施加外源硒的量过多或过少，降低镉累积的效果都不好。以果树和蔬菜为研究对象时，以叶面施硒的方式施加不同浓度硒，其不同作物对镉含量也有着不同的影响。张海英等21 试验表明，通过叶面施加外源硒能提高草莓中硒的含量，且硒浓度 50 mg/L 降镉效果最佳。张翠翠等27 通过大田试验结果表明，西瓜施外源硒处理的镉含量相比对照减少了 661%6613%，其中硒浓度为 40 mg/L 处理最佳。杨燕君等28 研究发现，甜柿体内随硒处理浓度增大镉、汞、铅等重金属含量降低，当施硒浓度为 150 mg/L 时效果为最佳。吕选忠等29 研究发现，通过叶面施加外源硒使生菜中镉的吸收降低了 3163%，而喷硒生菜吸收的硒比不喷硒的增加了 1 213%。说明以果实或叶片作为食用对象的作物，可以用叶面喷施外源硒的方式降低镉在食用部位的累积，同时增加食用部位的含硒量，达到安全和富硒的生产目标。12对镉运转迁移的影响镉在植物体内具有一定的迁移性，除体内运转外还有土壤和植物间的运转迁移。外源硒可以增加镉在植物茎叶中的迁移，并受施硒浓度的影响。但当硒浓度过高时，拮抗作用的降低会促进植物对镉的吸收和转运。同时，植物在不同生长阶段向根、茎、叶和果实迁移镉的能力不同，因此在不同生长期喷施外源硒对植物吸收和转运镉的影响不同。张璐等30 在水稻的孕穗期和成熟期喷施外源硒，当喷施浓度1 mg/L 时，对镉的迁移影响不明显，喷施浓度为 5 mg/L 时，促进镉向茎叶和籽粒迁移，镉的迁移系数与对照相比分别下降了 384%和 230%。刘永贤等23 研究表明，硒源为 Na2SeO3(438 g/L)，喷施硒次数为 0、1、2 次 3个处理，喷施硒的次数越多，镉积累滞留在茎叶中就越多，水稻穗部镉积累就会减少。高敏等31 向水稻叶面喷施亚硒酸钠，减少了镉从根向茎、茎向糙米的迁移，增加了镉从茎向叶的迁移量，而镉从茎向糙米的迁移量在孕穗后期下降，表明水稻孕穗期和成熟期是喷施硒影响镉转运迁移的关键时期。2土壤施硒对作物吸收转运镉的影响21对镉含量的影响211作物在不同镉浓度条件下，施不同浓度硒处理的研究。刘春梅等32 研究表明，土壤镉浓度在 04 mg/kg 时，随着镉浓度的