易超，史高玲，陳恒強(qiáng)，姚澄，潘云俊，石月紅，李標(biāo)，高巖

（1.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗室/國家農(nóng)業(yè)環(huán)境六合觀測實(shí)驗站，南京 210014；3.常熟市耕地質(zhì)量保護(hù)站，江蘇 常熟 215500）

隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，土壤重金屬污染問題也日益突出。2014年環(huán)境保護(hù)部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示：全國土壤點(diǎn)位總超標(biāo)率為16.1%，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，以中輕度污染為主；主要的污染類型為無機(jī)型污染，無機(jī)污染物的超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占總超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%，其中重金屬鎘的點(diǎn)位超標(biāo)率為7%。鎘（Cd）是一種人體非必需的有毒重金屬，易通過食物鏈的傳遞作用在人體內(nèi)累積，并持續(xù)威脅著人體健康。長期攝入鎘含量超標(biāo)的食物會導(dǎo)致一系列人體器官的衰竭、癌變，著名的“痛痛病”便是長時間食用鎘含量超標(biāo)的大米引起的。因此，鎘也被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）歸為Ⅰ類致癌物。

小麥?zhǔn)俏覈诙蠹Z食作物，廣泛種植于長江中下游平原、黃淮海平原、西南和西北等地區(qū)。同時，小麥屬于鎘積累能力較強(qiáng)的作物之一，其對鎘的積累能力甚至超過稻米。近年來，小麥鎘超標(biāo)事件在我國被頻繁報道，如河南新鄉(xiāng)“鎘麥”事件。長江中下游麥區(qū)為我國小麥主要生產(chǎn)區(qū)之一，目前該區(qū)域的小麥籽粒鎘超標(biāo)率較高，達(dá)9.0%。在江蘇，一些鎘污染區(qū)域小麥籽粒鎘超標(biāo)率通常為100%，部分樣品籽粒鎘含量甚至高達(dá)4.3 mg·kg，對農(nóng)業(yè)和食品安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。然而在小麥籽粒鎘超標(biāo)形勢嚴(yán)峻的當(dāng)下，針對小麥鎘污染治理方面的研究仍較為欠缺，如何控制與修復(fù)麥田鎘污染、保障鎘污染地區(qū)小麥的安全生產(chǎn)已成為當(dāng)前亟待解決的問題。

在常用的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)中，物理化學(xué)修復(fù)的效果良好，但成本較高，在修復(fù)區(qū)域上也有一定的局限性。植物修復(fù)近幾年逐漸成為熱門的土壤修復(fù)技術(shù)，但卻因其漫長的修復(fù)周期與作物耕種需求相沖突，而不適用于農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)。篩選重金屬低積累作物品種，可在經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)現(xiàn)對土壤重金屬阻控的同時，有效保障重金屬污染地區(qū)農(nóng)田的安全生產(chǎn)。已有研究表明，小麥對重金屬的吸收與累積存在顯著的品種間差異。基于此，國內(nèi)外很多學(xué)者探究了不同小麥品種對鎘的吸收、積累與轉(zhuǎn)運(yùn)差異，并開展了一系列低鎘積累小麥品種的篩選工作。如LIU 等通過大田試驗，分析了來自黃淮海麥區(qū)72個小麥品種對鎘及微量營養(yǎng)元素的吸收差異，并從中篩選出了9個穩(wěn)定的低鎘積累小麥品種；LU 等比較了生長在輕度鎘污染耕地上的30份小麥基因型對鎘吸收、積累與分配的差異，認(rèn)為考慮土壤條件、小麥基因型及其交互作用是篩選低鎘積累小麥品種的重要條件；陳亞茹以261份中國小麥微核心種質(zhì)為研究材料，篩選出對重金屬脅迫具有一定抗性且籽粒鎘、鉛低積累的小麥品種，并將其應(yīng)用于后續(xù)的耐重金屬脅迫小麥育種工作中。

現(xiàn)有的小麥品種間鎘積累差異研究工作多涵蓋數(shù)個麥區(qū)，所分析的小麥品種過于寬泛，針對性不足，適宜長江中下游種植的低鎘積累小麥品種鮮有報道。此外，由于篩選低積累小麥品種所需的周期較長，很多低積累小麥品種被篩選出來后已不再是當(dāng)?shù)刂魍破贩N，如何保障篩選出的低積累小麥品種的時效性仍需進(jìn)一步探索。本研究針對長江中下游麥區(qū)小麥鎘污染超標(biāo)率較高的現(xiàn)狀，收集了107份適宜長江中下游麥區(qū)種植的小麥品種，首先于無污染農(nóng)田中進(jìn)行了初步的田間篩選試驗。然后基于大田試驗結(jié)果，按照隨機(jī)均勻分布法，從中選取了42個低、中、高鎘積累小麥品種，利用盆栽試驗將其種植于輕度鎘污染土壤中，以研究不同小麥品種對鎘積累、轉(zhuǎn)運(yùn)的差異，篩選出適宜長江中下游地區(qū)種植的低積累小麥品種，并對非污染條件和輕度鎘污染條件下種植的小麥品種間鎘積累差異的關(guān)系進(jìn)行了分析，探究能否在小麥參與品種審定的同時，通過對小麥生產(chǎn)試驗中各“準(zhǔn)品種”小麥籽粒鎘含量進(jìn)行檢測，初步判定各小麥品種對鎘的積累能力，從而確保小麥品種篩選結(jié)果的時效性。

1 材料與方法

1.1 供試小麥品種

大田試驗所用107個供試小麥品種均屬于長江中下游麥區(qū)種植品種，分別來自江蘇、湖北、安徽等地區(qū)，對該麥區(qū)歷年來的育種情況具有較強(qiáng)代表性，品種信息詳見表1。在大田試驗的基礎(chǔ)上，按照小麥籽粒鎘濃度從高到低的順序和隨機(jī)均勻分布原則，從107個小麥品種中選取了42個不同鎘積累能力的小麥品種進(jìn)行盆栽試驗，具體品種信息詳見表1（加粗品種）。

表1 大田試驗、盆栽試驗供試小麥品種及其來源Table 1 Wheat varieties tested in field experiment，pot experiment and their sources

1.2 大田試驗

大田試驗于2016—2017年進(jìn)行，試驗地點(diǎn)位于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院內(nèi)某試驗田（32°01′54″N，118°52′23″E）。試驗田表層（0～20 cm）土壤為黃棕壤，土壤鎘含量為 0.22 mg·kg，pH 為 6.56（土水比為 1∶2.5），有機(jī)質(zhì)含量為23.11 g·kg，全氮含量為1.30 g·kg，有效磷含量為 14.63 mg · kg，速效鉀含量為110.09 mg·kg。試驗按照完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)置3組重復(fù)試驗，試驗小區(qū)行長1.6 m，行距30 cm，每個品種的每個重復(fù)種植3 行。除所種植小麥品種不一致外，試驗區(qū)域田間其他管理均保持一致，小麥田間管理參照當(dāng)?shù)毓芾砟Ｊ健?/p>

1.3 盆栽試驗

盆栽試驗于2019—2020年進(jìn)行，試驗地點(diǎn)位于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院內(nèi)試驗基地（32°02′00″N，118°52′25″E）。受試土壤采自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地某塊農(nóng)田（32°29′ 07″ N，118°37′ 06″ E）表層土壤，土壤鎘含量背景值為0.19 mg·kg。土壤為黃棕壤，pH 為 6.65，有機(jī)質(zhì)含量為 14.24 g·kg，全氮含量為0.92 g·kg，有效磷含量為53.82 mg·kg，速效鉀含量為141.57 mg·kg。土壤經(jīng)風(fēng)干、過10目篩后，以溶液的形式向土壤中加入CdCl，使鎘的最終添加量為0.60 mg·kg。添加過CdCl的土壤經(jīng)攪拌均勻后，加入一定量的水保持土壤在濕潤狀態(tài)下老化6個月，將老化后的土壤風(fēng)干、敲碎、混勻過篩后進(jìn)行盆栽試驗。選用的盆缽材質(zhì)為聚丙烯（PP），盆高、內(nèi)徑和外徑分別為22、20.5 cm 和24 cm，每盆裝填5 kg受試土壤，基肥隨土壤裝盆時加入，每盆加入6 g 氮磷鉀復(fù)合肥（N、PO、KO 比例為 15∶15∶15），攪拌均勻，3 d 后進(jìn)行播種。選取飽滿度相同、大小基本一致的小麥種子，用體積分?jǐn)?shù)為10% 的雙氧水浸泡滅菌，10 min 后用自來水和去離子水洗凈，隨后將種子置于潤濕的培養(yǎng)皿中浸種1 d。將露白的種子轉(zhuǎn)移至盆中，每盆均勻播種6 粒，于同一天內(nèi)完成。每個小麥品種設(shè)置3組重復(fù)試驗，期間根據(jù)天氣狀況每盆等量澆水，約1個月后間苗，最終每盆留下大小和長勢相同的3 株小麥幼苗。所有盆缽隨機(jī)放置，每隔兩周重新更換各盆缽的擺放位置，小麥生長管理參照當(dāng)?shù)毓芾砟Ｊ健?/p>

1.4 樣品采集與處理

大田試驗的小麥籽粒于小麥成熟期收獲，采集每個重復(fù)處理中間一行的小麥，經(jīng)人工分離出受試小麥的籽粒后，用自來水及去離子水洗凈，在70 ℃的條件下烘干至恒質(zhì)量，粉碎后過100目篩，留待消解、測定鎘含量。

盆栽試驗同樣于小麥成熟期進(jìn)行樣品收獲，收獲時測量小麥株高。對每盆小麥進(jìn)行分別采集，人工分離出籽粒、秸稈兩部分后，用自來水及去離子水洗凈，在70 ℃的條件下烘干至恒質(zhì)量并稱量，粉碎后過100目篩，留待消解、測定鎘含量。

1.5 測試指標(biāo)及方法

1.5.1 土壤基本理化性質(zhì)測定

土壤pH 值用pH 計（Mettler Toledo，F(xiàn)E-28，德國）測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；速效磷含量采用碳酸氫鈉提取，鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提法測定。

1.5.2 樣品鎘含量測定

小麥籽粒和秸稈樣品的消解參考TAO 等的方法，采用HNO-HO（∶=1∶1）進(jìn)行電熱消解，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）（PerkinElmer，NexION-2000，美國）測定樣品中的鎘含量。為確保樣品檢測的準(zhǔn)確度，每批樣品在消解過程中均帶有試劑空白和植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品（柑橘葉，GBW10020）。本實(shí)驗過程中，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鎘的回收率范圍為94%～105%。

1.5.3 小麥鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

植物對重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（）是植物體內(nèi)某部位的重金屬含量與另一部位中同種重金屬含量的比值，可用于表征某種元素在植物不同部位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。公式如下：

式中：為小麥秸稈向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)；、分別為小麥籽粒和秸稈中的鎘含量，mg·kg。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均使用SPSS 18.0 和Excel 2016 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析（ANOVA）及Duncan檢驗進(jìn)行不同小麥品種中重金屬鎘含量的差異性分析；各指標(biāo)間的相關(guān)性分析采用Pearson 相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢驗；小麥籽粒重金屬鎘含量及籽粒干質(zhì)量通過離差平方和（Ward）聚類法進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大田試驗小麥籽粒鎘含量

大田試驗中，于無污染土壤上生長的107個小麥品種籽粒鎘含量如圖1 所示，不同小麥品種籽粒鎘含量存在顯著差異（=1.817，＜0.001）。籽粒鎘含量最高的品種為揚(yáng)麥21，鎘含量為0.082 mg·kg，其次為鎮(zhèn)麥10 號和揚(yáng)麥27；籽粒鎘含量最低的品種為皖麥54，鎘含量為 0.040 mg·kg，其次為寧麥 7 和揚(yáng)麥15。在大田試驗107個供試品種中，小麥籽粒鎘含量平均值為0.062 mg·kg，各品種間最大值為最小值的2.05倍，75% 的小麥品種籽粒鎘含量集中在0.050～0.070 mg·kg的范圍內(nèi)。

圖1 大田試驗107個小麥品種籽粒鎘含量Figure 1 Grain Cd concentration of 107 wheat varieties in field experiment

2.2 盆栽試驗小麥籽粒和秸稈鎘含量

如圖2 所示，盆栽試驗中42個小麥品種的籽粒鎘含量分布在0.261～0.524 mg·kg的范圍內(nèi)，各品種間最大值為最小值的2.00倍，平均值為0.384 mg·kg，不同品種間的籽粒鎘含量存在顯著差異（=3.013，＜0.001）。其中，寧麥 11、輪選 22 和揚(yáng)輻麥 4 號 3個品種籽粒鎘積累量較低，分別為0.261、0.270 mg·kg和0.274 mg·kg；而揚(yáng)麥11、揚(yáng)麥21和揚(yáng)麥16的籽粒鎘含量則高于其他小麥品種，分別達(dá)0.524、0.503 mg·kg及0.497 mg·kg。所有盆栽試驗的受試小麥品種的秸稈鎘含量均大于籽粒鎘含量，且不同品種間的秸稈鎘含量同樣存在顯著差異（=6.914，＜0.001）。秸稈鎘含量分布范圍介于0.562 mg·kg（揚(yáng)麥15）和1.095 mg·kg（揚(yáng)麥 16）之間，其均值為 0.816 mg·kg；各品種間秸稈鎘含量的最大值為最小值的倍數(shù)（1.95倍）低于籽粒鎘含量的相應(yīng)倍數(shù)。

圖2 盆栽試驗42個小麥品種籽粒和秸稈鎘含量Figure 2 Cd concentration in grain and straw of 42 wheat varieties in pot experiment

2.3 盆栽試驗小麥鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

是評價不同小麥品系對鎘積累差異的重要指標(biāo)。對42個小麥品種的進(jìn)行分析（圖3），發(fā)現(xiàn)值均小于1，分布范圍為0.314（揚(yáng)輻麥4號）～0.701（揚(yáng)麥11），平均值為0.481，最大值為最小值的2.23 倍，不同品種間存在顯著差異（=5.568，＜0.001）。

圖3 盆栽試驗42個小麥品種的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TFStraw - Grain）Figure 3 Cd translocation factor（TFStraw - Grain）of 42 wheat varieties in pot experiment

2.4 盆栽試驗小麥各項農(nóng)藝性狀與籽粒、秸稈鎘含量的相關(guān)性分析

對42個小麥品種的農(nóng)藝性狀及其籽粒、秸稈鎘含量和進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果如表2 所示。相關(guān)性系數(shù)表明，小麥籽粒鎘含量與小麥秸稈鎘含量、呈極顯著正相關(guān)（＜0.001），與包含籽粒干質(zhì)量、株高等在內(nèi)的農(nóng)藝性狀無顯著相關(guān)性；小麥秸稈鎘含量與呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.001），與株高呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01），與籽粒秸稈干質(zhì)量比呈顯著正相關(guān)（＜0.01）；而與籽粒秸稈干質(zhì)量比呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.001），與株高呈顯著正相關(guān)（＜0.05）。

表2 盆栽試驗42個小麥品種籽粒鎘含量、秸稈鎘含量、鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及各項農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of grain Cd concentration，straw Cd concentration，Cd translocation factor and wheat agronomic traits of 42 wheat varieties in pot experiment

在小麥的各項農(nóng)藝性狀中，籽粒干質(zhì)量與秸稈干質(zhì)量、籽粒秸稈干質(zhì)量比呈極顯著正相關(guān)（＜0.001），與千粒質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.05）；秸稈干質(zhì)量與株高呈極顯著正相關(guān)（＜0.001），與籽粒秸稈干質(zhì)量比呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.001）；小麥株高與千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（＜0.01），與籽粒秸稈干質(zhì)量比呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.001）。

2.5 盆栽試驗小麥籽粒鎘含量及籽粒干質(zhì)量的聚類分析

基于盆栽試驗中的小麥籽粒鎘含量，采用聚類分析法（系統(tǒng)聚類-離差平方和（Ward）法-平方Euclidean距離）將42份小麥品種分為5個類群（圖4A），即第Ⅰ類群（籽粒鎘低積累品種）、第Ⅱ類群（籽粒鎘較低積累品種）、第Ⅲ類群（籽粒鎘中積累品種）、第Ⅳ類群（籽粒鎘較高積累品種）和第Ⅴ類群（籽粒鎘高積累品種），從而更為直觀地反映這些品種的鎘積累能力差異。從Ⅰ到Ⅴ，各個類群分別占供試小麥總數(shù)的14.29%、33.34%、28.57%、11.90% 和11.90%。其中，第Ⅰ類由寧麥11、輪選22、皖麥54、揚(yáng)輻麥4 號、揚(yáng)麥15 及寧麥17 共6個品種組成；第Ⅱ類由襄麥25、揚(yáng)麥17、鎮(zhèn)麥12 等14個品種組成；第Ⅲ類為包含寧麥9、鄂麥580、華麥12 在內(nèi)的12個品種；第Ⅳ類包括皖麥26、寧麥8 等5個品種；而第Ⅴ類則由揚(yáng)麥11、揚(yáng)麥21、揚(yáng)麥16、鎮(zhèn)麥10號和揚(yáng)麥27組成。第Ⅰ類中6個品種的籽粒鎘含量分布在0.261～0.298 mg·kg范圍內(nèi)，平均值為0.279 mg·kg，是本次試驗中優(yōu)先考慮的低鎘積累小麥品種；而第Ⅴ類中5個品種的籽粒鎘含量平均值達(dá)0.503 mg·kg，從食品安全的角度考慮，不推薦將這些品種種植于鎘污染地區(qū)。

為明確不同小麥品種間產(chǎn)量差異，采用同種聚類分析法對42個小麥品種的籽粒干質(zhì)量進(jìn)行了分析（圖4B）。結(jié)果表明，寧麥8、鄂麥26、寧麥11等8個品種組成的類群為籽粒干質(zhì)量最高的類群，即高產(chǎn)類群，其平均籽粒干質(zhì)量為16.08 g·株，最大值為16.65 g·株（鄂麥26）；而鄂麥352、襄麥55、皖麥26、揚(yáng)麥22 和生選3號這5個品種組成了低產(chǎn)類群，其平均籽粒干質(zhì)量最低，為12.37 g·株。結(jié)合兩次聚類分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)寧麥11為籽粒鎘低積累品種類群與高產(chǎn)類群的交集，即為本次受試小麥中的低鎘高產(chǎn)小麥品種。

圖4 盆栽試驗42個小麥品種籽粒鎘含量及籽粒干質(zhì)量的聚類分析Figure 4 Cluster analysis of grain Cd concentration and grain dry weight of 42 wheat varieties in pot experiment

2.6 小麥品種間鎘積累差異在非污染條件和污染條件下的相關(guān)性分析

為探究不同小麥品種在非污染和污染條件下對鎘積累差異的關(guān)系，對盆栽試驗中42個小麥品種的籽粒鎘含量及對應(yīng)品種的大田試驗籽粒鎘含量進(jìn)行相關(guān)性分析（圖5）。結(jié)果表明，盆栽試驗與大田試驗中的小麥籽粒鎘含量呈極顯著正相關(guān)（=0.612，＜0.001），說明非污染條件下不同小麥品種對鎘的積累差異在一定程度上能夠反映其在污染條件下對鎘的積累差異，例如鎘積累能力較弱的寧麥11，無論是在非污染條件還是在輕度鎘污染條件下均能保持較低的籽粒鎘含量。故可通過各小麥品系在非污染條件下的鎘積累差異來初步推測其鎘積累能力。

圖5 非污染（大田）和輕度污染（盆栽）條件下小麥籽粒鎘含量相關(guān)性分析Figure 5 Correlation analysis of Cd concentration in wheat grain under non-polluted（field）and slightly polluted（pot）conditions

3 討論

作為自然界中毒性最強(qiáng)的重金屬之一，鎘即使是在極低的含量下也能通過食物鏈的傳遞對動植物健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。小麥?zhǔn)侨祟愔匾募Z食來源，且與其他谷物相比，小麥籽粒對鎘的積累能力更強(qiáng)。因此，小麥籽粒中積累的鎘是人體鎘暴露的主要來源之一。目前，國內(nèi)外許多學(xué)者的研究均表明，不同小麥品種的籽粒對重金屬鎘的積累能力存在著顯著差異。孫洪欣等在輕度鎘污染條件下比較了北方10個小麥品種對鎘的積累差異，發(fā)現(xiàn)受試的10個小麥品種間鎘積累量最大值為最小值的1.94 倍。LIU 等通過多點(diǎn)試驗，比較了黃淮海麥區(qū)72個小麥品種對鎘的積累差異，發(fā)現(xiàn)受試的72個小麥品種對鎘積累量的最大值為最小值的2～3 倍。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，無論是在無污染還是在鎘輕度污染條件下，不同小麥品種籽粒對鎘的積累均出現(xiàn)了顯著的品種間差異（＜0.001），不同小麥品種在無污染大田試驗和輕度鎘污染盆栽試驗條件下的最大值為最小值的2.05 倍和2.00 倍（圖1 和圖2）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒鎘含量與秸稈鎘含量、鎘從秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)能力均呈顯著正相關(guān)（表2），表明小麥品種間籽粒鎘含量差異與鎘從根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的總量以及鎘從秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)能力均相關(guān)。同時，較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力也是高鎘積累小麥品種揚(yáng)麥11 籽粒鎘積累量高的主要原因，盆栽試驗42個小麥品種中，揚(yáng)麥11 的最高，達(dá)0.701（圖3）。因此，解析不同小麥品種對鎘轉(zhuǎn)運(yùn)差異的生理與分子機(jī)制有助于闡明高鎘積累小麥品種的鎘累積機(jī)制。有研究表明，農(nóng)作物的生育期是影響作物可食部位鎘積累的因素之一。如DUAN 等對水稻的研究結(jié)果表明，水稻籽粒鎘含量與水稻抽穗日期呈顯著正相關(guān)，抽穗期越早的水稻品種籽粒鎘含量越低。而本研究中的42個小麥品種同屬長江中下游麥區(qū)，生育期較為接近，在種植時間一致的情況下，品種間抽穗期、成熟期相差不超過5 d，對小麥鎘累積的影響微乎其微。因此，生育期差異并非導(dǎo)致本研究中不同小麥品種對鎘積累出現(xiàn)差異的原因。

針對小麥、水稻等主要糧食作物的重金屬鎘超標(biāo)問題，目前已開展了多項研究。我國《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）規(guī)定，谷物及其制品中鎘的限定閾值為0.1 mg·kg，一旦超過該值就會威脅谷物質(zhì)量安全。本研究在無污染土壤條件下進(jìn)行的大田試驗結(jié)果顯示，107 種小麥的籽粒鎘含量分布在0.040～0.082 mg·kg范圍內(nèi)，均低于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限定閾值，即在無污染土壤中，受試的長江中下游麥區(qū)小麥品種均可安全生產(chǎn)。然而本研究的盆栽試驗結(jié)果表明，在輕度鎘污染條件下，42個小麥品種的籽粒鎘含量均超過國家規(guī)定閾值，部分品種籽粒鎘含量可達(dá)0.524 mg·kg（揚(yáng)麥11），這與熊孜等和邢維芹等的研究結(jié)果一致。而在江蘇，工業(yè)發(fā)展帶來的耕地鎘污染問題已嚴(yán)重威脅到小麥的安全生產(chǎn)，其中以蘇南地區(qū)和徐州等工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的小麥鎘超標(biāo)現(xiàn)象最為常見,一些鎘污染區(qū)域小麥籽粒鎘超標(biāo)率通常為100%，部分小麥籽粒鎘含量甚至高達(dá)4.3 mg·kg。因此，前人及本研究的結(jié)果均表明小麥籽粒對鎘的積累能力較強(qiáng)，小麥高富集鎘的機(jī)制應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁嗟年P(guān)注與研究。

產(chǎn)量是小麥選育過程中最重要的指標(biāo)之一，然而小麥籽粒鎘含量與小麥產(chǎn)量的關(guān)系尚不明確。是否能選育出低鎘高產(chǎn)小麥品種，在保證食品安全不受重金屬鎘威脅的同時盡可能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，已成為目前低鎘小麥育種工作中的關(guān)鍵問題。本研究結(jié)果顯示，小麥籽粒鎘含量與小麥籽粒干質(zhì)量無顯著相關(guān)性（表2），表明選育同時具備低鎘積累和高產(chǎn)特性的小麥品種是可行的。對小麥籽粒鎘含量和籽粒干質(zhì)量分別進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)品種寧麥11 同時具備高產(chǎn)與低籽粒鎘含量兩個特征（圖4），這進(jìn)一步印證了篩選低鎘高產(chǎn)小麥品種的可行性。前人的研究也篩選出了一些低鎘且相對高產(chǎn)的小麥品種，如陳亮妹等在鎘重度污染農(nóng)田及非污染農(nóng)田間進(jìn)行了12個小麥品種的篩選試驗，最終確定揚(yáng)麥20和寧麥8為籽粒鎘積累量較低、產(chǎn)量較高的小麥品種；孫洪欣等基于北方冬麥區(qū)的10個小麥品種在污灌區(qū)的產(chǎn)量、籽粒重金屬含量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)等指標(biāo)，篩選出適宜在黃淮海麥區(qū)北部種植的兼具高產(chǎn)和低鎘積累能力的小麥品種濟(jì)麥22。此外，在篩選低鎘積累小麥品種時，除了保證其可食部位鎘含量相比于其他品種處于盡可能低的水平外，還應(yīng)將較低的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)水平納入?yún)⒖挤秶鷥?nèi)，即最終篩選出的小麥品種應(yīng)兼顧低籽粒鎘含量和低鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)這兩點(diǎn)。本研究中的揚(yáng)輻麥4號、寧麥11、寧麥17和皖麥54這4個品種的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均處于較低水平（圖3），平均值為0.339，且在非污染的大田試驗中同樣呈現(xiàn)出較低的籽粒鎘含量（圖1），符合低鎘積累小麥品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)。因此，根據(jù)以上結(jié)果可將寧麥11、揚(yáng)輻麥4號、皖麥54和寧麥17認(rèn)定為本次受試小麥中的低鎘積累品種，其中的寧麥11作為低鎘高產(chǎn)品種，適用于長江中下游麥區(qū)的推廣種植。

關(guān)于低積累小麥品種的篩選，前人已開展過大量的研究，但這些研究篩選出的小麥品種常面臨著即將退出或已退出市場的問題，多數(shù)低積累品種難以得到大面積推廣應(yīng)用。重金屬低積累品種篩選是一項工作量大、周期長的工程，而小麥又具有較長的生育期，從而導(dǎo)致低積累小麥品種的篩選結(jié)果難以跟上小麥主推品種的更新速度。對此，目前亟待開發(fā)一種能夠在小麥進(jìn)入市場前即可初步判定小麥鎘積累能力的方法，為后期穩(wěn)定低積累小麥品種的篩選提供候選名單，在縮小篩選范圍的同時縮短篩選周期，從而保障低積累小麥品種篩選結(jié)果的時效性。本研究結(jié)果顯示，42個小麥品種在非污染大田試驗和輕度鎘污染盆栽試驗中的籽粒鎘含量呈顯著正相關(guān)（圖5），說明小麥品種間鎘積累差異在無污染和輕度鎘污染條件下具有一致性，類似的結(jié)果也出現(xiàn)在LIU 等和LU 等的研究中。這些研究表明，小麥自身遺傳特性是影響其鎘積累的主要因素之一，這與DUAN 等在水稻中的研究結(jié)果一致，其通過對多點(diǎn)大田試驗結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)水稻基因型、環(huán)境以及基因型與環(huán)境互作對稻米鎘積累的貢獻(xiàn)分別為48%、16% 和26%。因此，對生長于無污染條件下不同小麥對鎘的積累差異進(jìn)行比較，也可在一定程度上評估其在輕度鎘污染條件下對鎘的積累水平。而小麥在品種審定完成前需要投入大面積的生產(chǎn)試驗，在此期間可檢測這些小麥“準(zhǔn)品種”的籽粒鎘含量，在小麥材料尚處于品種審定階段時就對其鎘積累能力進(jìn)行初步評價，從而為低鎘積累小麥篩選提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)。這將顯著縮短低鎘積累小麥品種的篩選周期，在保證篩選結(jié)果時效性的同時，也為低鎘積累小麥品種的最終鑒定提供重要的參考依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）無論是在非污染還是在輕度鎘污染條件下，小麥籽粒鎘含量均存在顯著的品種間差異，且品種間鎘積累差異在兩種條件下較為一致。因此，通過對同時期投入生產(chǎn)試驗的小麥“準(zhǔn)品種”籽粒鎘含量進(jìn)行檢測，可初步評判各小麥品系對鎘的積累能力，確保低鎘積累小麥品種篩選結(jié)果的時效性。

（2）小麥籽粒鎘含量與秸稈鎘含量、鎘從秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，表明小麥籽粒對鎘積累的品種間差異同時取決于小麥根系轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部鎘的總量和鎘從秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

（3）小麥籽粒鎘含量和產(chǎn)量間無顯著相關(guān)性，通過常規(guī)育種方式選育出低鎘高產(chǎn)小麥品種具有可行性。本研究的受試品種中，寧麥11 為低鎘高產(chǎn)小麥品種，推薦用于長江中下游麥區(qū)推廣種植。