一种籽粒低积累镉水稻品种的筛选方法

摘要

本发明属水稻栽培技术领域，具体涉及一种籽粒低积累镉水稻品种的筛选方法。该方法按照以下步骤进行：步骤1，含镉土壤处理配置；步骤2，待筛选品种的选择：以株高、生育期差异小粳稻种质资源作为待筛选材料；或以昌恢121为轮回亲本和越光为供体亲本构建的染色体片段代换系群体及两个亲本为待筛选材料；昌恢121为父本，越光为母本；步骤3，水稻的栽培与管理；步骤4，镉含量的测定；步骤5，低镉积累水稻品种的鉴定分析。该方法跟大田环境一致以外，更加便于管理，操作更加简单，并且还能够降低水培过程中水稻不能固定和更换培养液时对水稻生长、发育所造成的不良影响，确保水稻产量不受影响，使实验数据基本贴近和符合水稻的实际生产和应用。

说明书

技术领域

本发明属水稻栽培技术领域，具体涉及一种籽粒低积累镉水稻品种的筛选方法。

背景技术

重金属污染已经成为全球性问题。据统计，中国受重金属污染的耕地面积有4.5亿亩，受Cd污染的比例最大，约占受污染耕地面积的40％，约10％的稻米存在Cd超标问题，其中尤以湖南、江西等省份为重。2012年抽检的江西省各地区近千份市售的稻米中近25％镉含量超过国家限定的0.2毫克/千克，含量最高超过4倍。

研究表明，水稻是对Cd吸收最强的谷类作物，而且不同水稻品种间籽粒积累Cd能力差异显著，总的来说，籼稻＞杂交稻＞粳稻。对于一日三餐主要以籼稻为主食的中国南方人，大米成为最大的Cd吸收源。镉是对人和动植物毒性最大的重金属元素之一，主要在肝、肾部积累，并不会自然消失，经过数年甚至数十年慢性积累后，人体将会出现显著的镉中毒症状。因此培育籽粒低积累镉水稻品种，是降低稻米镉含量的有效途径。

水稻籽粒镉积累易受外界环境影响，国内外目前主要以田间、土培和水培为主筛选籽粒低积累镉水稻品种。但田间和土培实验土壤中pH值的变化会影响有效镉的分布，籽粒中最终镉含量重复性差。水培法不能较好固定成株期的水稻，水稻籽粒的发育受到严重影响。因此有必要建立一套外界环境易控制的、简单易操作、可重复的筛选籽粒低积累镉水稻品种的方法。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种筛选籽粒低镉积累水稻品种的方法。该方法通过桶栽实验，对种植在一定镉浓度的土壤中的不同水稻籽粒的镉含量进行分析，鉴定出适宜在镉污染稻田种植的低镉水稻品种。

本发明所采用的技术方案是：

一种籽粒低镉积累水稻品种的筛选方法，按照以下步骤进行：

步骤1，含镉土壤处理配置方法：

将土壤晒干并打碎成粉末状，称取粉末状的土壤按照10kg/桶放入塑料桶中；然后将称好的CdCl

步骤2，待筛选品种的选择：

(1)从来自96个国家和地区的1000多份多样性稻种中，筛选株高、生育期差异小粳稻种质资源作为待筛选材料。

或(2)以昌恢121(籼稻品种)为轮回亲本和越光(粳稻品种)为供体亲本构建的染色体片段代换系(CSSL)群体为待筛选材料，该待筛选材料包含色体片段代换系(CSSL)群体及两个亲本；昌恢121为父本，越光为母本。

步骤3，水稻的栽培与管理：

(1)将待筛选水稻品种分别种于上述栽培桶中，每个栽培桶插3蔸，每蔸1苗，按照常规施肥水平和种植环境进行培育；

(2)栽培水稻的灌溉水为达到饮用标准的无镉污染水，每隔一天浇一次水，成熟前7天落干。

(3)每个待检测的品种重复种3批。

步骤4，镉含量的测定：

(1)每种水稻株系随机选取20～30颗粒大饱满的种子，剥除其颖壳，接着放入1.5mL的离心管中，最后放入60℃的烘箱中进行烘干处理，烘干过程持续48小时。此时的米粒种子基本处于完全脱水的状态。

(2)用天平称取0.2g左右的已脱水的米粒种子，将每种水稻株系的样品籽粒放入消解管中并分开标记，接着向消解管中加入大约6mL的硝酸进行约12小时的浸泡。

(3)使用微波消解仪(奥地利Anton Paar Multiwave 3000)进行样本的消解。消解管中的样本经过12小时的浸泡后，将多个消解管样本转移到消解罐中，并用微波消解仪进行消解，再进行样本镉含量的定量。

(4)将适量(约10mL)的待测大米消解溶液转移到上样管中(倒入溶液前先润洗管壁)，按照编号顺序将上样管放在架子上。

(5)利用电感耦合等离子质谱(ICP-MS，美国Agilent 7700x)对待验溶液中Cd

步骤5，低镉积累水稻品种的鉴定分析：

大米镉含量低于0.8mg/kg的水稻品种不会造成镉中毒的现象，可以称之为低镉籽粒水稻品种，可用于进一步的水稻田间实验。

进一步的，在步骤1中，由于将重金属与土壤均匀混合是比较困难的，因此需要将土壤完全打碎成粉末状，并且过筛。在将镉拌入土壤时，需要同时加自来水不停的搅拌，使镉与土壤充分接触。

进一步的，在步骤1中，需要用氢氧化钠或盐酸来调节土壤中的pH值＝7.0，用于水稻栽培。

进一步的，在步骤4中，稻米镉含量的测定采用糙米进行检测。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明设置的土壤镉浓度为5.0mg/kg，属于中高浓度的土壤镉含量，能够实现对不同籽粒镉积累水稻品种的评价。与沙培法筛选低镉籽粒积累水稻品种的方法相比，此方法与大田环境基本一致，筛选出的低镉积累品种在田间种植时的结果更加可靠，更加具有说服力；与水培方法相比较，此方法除了跟大田环境一致以外，还更加便于管理，操作更加简单，省去了配培养液、换培养液的繁琐步骤，并且还能够降低水培过程中水稻不能固定和更换培养液时对水稻生长、发育所造成的不良影响，确保水稻产量不受影响，使实验数据基本贴近和符合水稻的实际生产和应用。

2、本发明采用自然群体中生育期和株高差异小的粳稻种质资源作为筛选材料，降低了生育期和株高对籽粒镉积累的影响，确保选出的低镉积累品种更加准确可靠。

3、本发明采用一套染色体片段代换系(CSSL)群体作为筛选材料，两亲本籽粒间镉积累存在较大差异，能够排除背景差异，对筛选低镉积累基因具有重要意义。

更详细的技术方案和发明效果参见《具体实施方案》所述。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为可从商业途径得到的试剂和材料。

实施例1籽粒低镉积累水稻品种的筛选

(1)将土壤晒干后，全部打碎成粉末状，过筛。称取粉末状的土壤按照10kg/桶放入塑料桶中；然后将称好的CdCl

(2)根据前期来自96个国家和地区的1000多份多样性稻种在田间的表型数据，从中筛选株高、生育期差异小的40份粳稻种质资源作为待筛选材料。

(3)2017年5月将待筛选的40份粳稻种质资源分别种于上述栽培桶中，每个栽培桶插3蔸，每蔸1苗，按照常规施肥水平和种植环境进行培育；每个品种重复3次。

(4)栽培水稻的灌溉水为达到饮用标准的无镉污染水，每隔一天浇一次水，成熟前7天落干。

(5)采用常规的N、P、K施肥水平栽培水稻，肥料种类为无镉污染的常规N、P、K化肥。

(6)水稻成熟后分品种收获水稻种子，去壳后测定糙米镉含量，结果如表1和表2所示。

表1 40份粳稻种质中籽粒镉积累量

表2 40份粳稻种质中籽粒镉积累量表型变异

结果表明，上述40份粳稻品种的籽粒镉含量平均达到了1.60mg/kg，远远超过了国家标准0.2mg/kg，属于镉超标的行列。但是其中IAC 3品种中的镉含量仅仅只有0.2mg/kg，在国家规定的标准内，属于低镉积累品种。有研究表明只有在稻米镉含量达到0.8mg/kg以上，才会出现镉中毒的现象。在40材料中有32.5％的品种籽粒镉含量并未达到0.8mg/kg以上，可以在自然镉污染环境中种植。

实施例2

(1)将土壤晒干后，全部打碎成粉末状，过筛。称取粉末状的土壤按照10kg/桶放入塑料桶中；然后将称好的CdCl

(2)根据前期获得的来自96个国家和地区的1000多份多样性稻种在田间的表型数据，从中筛选株高、生育期差异小的45份粳稻种质资源作为待筛选材料。

(3)2018年5月将待筛选的45份粳稻种质资源分别种于上述栽培桶中，每个栽培桶插3蔸，每蔸1苗，按照常规施肥水平和种植环境进行培育；每个品种重复3次。

(4)栽培水稻的灌溉水为达到饮用标准的无镉污染水，每隔一天浇一次水，成熟前7天落干。

(5)采用常规的N、P、K施肥水平栽培水稻，肥料种类为无镉污染的常规N、P、K化肥。

(6)水稻成熟后分品种收获水稻种子，去壳后测定糙米镉含量，结果如表3和表4所示。

表3 45份粳稻种质中籽粒镉积累量

表4 45份粳稻种质中籽粒镉积累量表型变异

结果表明，上述45份粳稻品种的籽粒镉含量平均达到了1.78mg/kg，远远超过了国家标准0.2mg/kg，属于镉超标的行列。但是其中豪格劳品种中的镉含量仅仅只有0.2mg/kg，在国家规定的标准内，属于低镉积累品种。在45材料中有40％的品种籽粒镉含量并未达到0.8mg/kg以上，可以在自然镉污染环境中种植。

实施例3

(1)将土壤晒干后，全部打碎成粉末状，过筛。称取粉末状的土壤10kg/桶放入塑料桶中；然后将称好的CdCl

(2)以昌恢121(籼稻品种)为轮回亲本和越光(粳稻品种)为供体亲本构建的染色体片段代换系(CSSL)群体，作为待筛选材料。该待筛选材料含91个株系材料及两个亲本；昌恢121为父本，越光为母本。

(3)2017年5月将待筛选材料91个株系材料及两个亲本分别种于上述栽培桶中，每个栽培桶插3蔸，每蔸1苗，按照常规施肥水平和种植环境进行培育；每个品种重复3次。

(4)栽培水稻的灌溉水为达到饮用标准的无镉污染水，每隔一天浇一次水，成熟前7天落干。

(5)采用常规的N、P、K施肥水平栽培水稻，肥料种类为无镉污染的常规N、P、K化肥。

(6)水稻成熟后分品种收获水稻种子，去壳后测定糙米镉含量，结果如表5和表6所示。

表5染色体片段代换系群体中籽粒镉积累量

表6染色体片段代换系中籽粒镉积累量表型变异

研究结果表明在桶栽条件下，籼稻品种昌恢121的籽粒镉含量显著低于粳稻品种越光。且昌恢121和越光中籽粒镉含量均低于0.8mg/kg，不会造成镉中毒的现象，均可以在自然镉污染条件下种植。在代换系群体中籽粒镉含量平均达到了1.84mg/kg，远远超过了国家标准0.2mg/kg，属于镉超标的行列。但是其中X207家系中仅只有0.18mg/kg，在国家规定的标准内，属于低镉积累品种。在91个家系中有27.5％的家系籽粒镉含量并未达到0.8mg/kg以上，可以在自然镉污染环境中种植。