第三章 低镉积累小麦品种的筛选研究
3.1 前言
随着工业化过程的加快，越来越多的重金属通过各种途径进入环境，农田土壤重金属污染日益严重，而重金属污染物在土壤中不能被微生物降解。有研究表明[76],截至2003 年，我国受重金属污染的农田面积已有近 2.0×107hm2,每年因重金属污染使粮食减产已超过了 1.0×107t.2013 年农业部农产品污染防治重点实验室对全国 24 个省市土地调查显示，320 个严重污染区，约 548×104hm2,重金属超标的农产品占污染物超标农产品总面积的 80%以上[77].重金属在农产品中的积累，能降低农作物的产量和品质，通过食物链进入人体后对人体造成危害，对人体健康构成严重的威胁[78-79].
植物对重金属的吸收和积累程度随着植物品种的变化有显着的差异，对于同一种作物，不同的基因型也存在着差异[80-83].赵雄等[84]的研究表明水稻对 Cd 的富集能力较强，土壤中过量 Cd 会对稻米的质量安全构成严重威胁。韩晋仙等[85]研究了开封市化肥河污灌区附近土壤-小麦系统中重金属的迁移和积累，结果表明，其研究的所有小麦籽粒中Zn 均未超标，As、Cr 和 Pb 部分质量分数达到较高的残留水平，Cd 则远远超过了国家的食品限量卫生标准，并依据重金属迁移累积率，可知道小麦对于 Ni 和 Cd 具有较高的吸收能力。陈京都等[42]的研究结果显示，小麦中的重金属污染情况，从单项污染指数来看只有 Cd 达到重度污染水平，其它元素均在安全范围以内，从综合污染指数来看土壤重金属污染达到中度污染水平，从潜在生态评价指数法来看，研究区域表现为很强的生态危害，并以 Cd 为主要污染因子。
从已有研究看，小麦属于对土壤重金属有较强积累能力的作物，土壤重金属污染区易发生小麦籽粒镉超标现象[86-89].本研究选择 100 个小麦品种或品系（其中品种 88 个系为 12 个），在河南省西北部某铅污染农田中种植，收获后测定籽粒镉含量，以评判河南省铅冶炼污染区小麦籽粒镉积累现状并选出对镉积累程度较低的小麦品种。
3.2 材料与方法
3.2.1 试验地概况
试验在河南省西北部某铅冶炼污染区进行，研究区地形为山前平原，海拔约 250 m,年平均气温和降水量分别为 14.6 ℃和 60 mm,土壤类型为潮褐土。
试验地距离最近的铅冶炼企业直线距离为 5.6 km.地形为山前平原，气候属于暖热带季风气候，年平均气温 14℃，年平均降水量为 614 mm.土壤类型为潮褐土。
3.2.2 田间实施
田间试验于 2013 年 10 月到 2014 年 6 月间进行。试验共用 100 个小麦品种或品系，每个品种或品系种植 3 个小区，随机排列，每个小区 17.04 m2.
3.2.3 试验地土壤基本性质
试验前对试验地土壤多点采样（0~20 cm），测得试验地土壤基本性质及重金属含量如表 3-1 和表 3-2 所示。
3.2.4 采样和样品处理分析
小麦成熟后从每个小区随机采取 3 点麦穗样品，小麦籽粒清洗、烘干后粉碎获得全麦粉样品，之后用 HNO3/H2O2高压消解法消解，溶液用原子吸收分光光度计[VarianSpectr AA 220FS（火焰）、220Z（石墨炉）]测定 Cd 含量，采用国家标准物质 GBW10011进行质量控制。
3.2.5 数据处理
每个样品的三个重复的测定值求平均值。数据用 Microsoft Excel 和 SPSS19.0 软件进行处理，多重比较采用 LSD 法。
3.3 结果与分析
3.3.1 各品种小麦中镉的含量
100 个小麦品种或品系小麦籽粒全麦粉镉含量的最小值为 0.147 mg·kg-1,最大值为0.383 mg·kg-1,平均值为 0.246 mg·kg-1,标准差为 0.0484 mg·kg-1,变异系数为 19.7%.
数据分析表明，不同品种之间籽粒镉含量差异达到 0.001 的显着水平。这表明，所有 100个品种或品系籽粒的镉含量均超过了国家标准 GB 2762-2012 的限量值（0.1 mg·kg-1），且不同品种或品系小麦籽粒对镉的积累能力存在较大的差异。对每个品种或品系的 3 个重复测定值求变异系数，100 个品种或品系的变异系数的变化范围在 1.10%-22.1%,平均值为 10.1%,表明同一品种的重复之间镉含量差异较小。100 个小麦品种或品系籽粒镉含量的频数分布（图 3-1）分析表明，籽粒镉含量的主要分布范围是 0.194-0.289 mg·kg-1,这一范围内的品种或品系占总数的 67%.所有 100 个小麦品种或品系的产量变化范围是3.20-9.96 t·hm-2,其中产量较高且全麦粉镉含量较小的品种为洛麦 23、洛旱 8 号和洛麦24,产量分别为 9.54、9.40 和 9.37 t·hm-2.
100 个品种或品系中，籽粒镉含量小于 0.15 mg·kg-1的品种或品系只有一个，即洛麦 23,含量为 0.147 mg·kg-1,另有 10 个品种或品系籽粒全麦粉镉含量与洛麦 23 的籽粒镉含量差异未达到 0.05 的显着水平，这 10 个品种或品系分别是洛旱 6 号、新麦 26、百农 3217、08H277-18-7、平安 7 号、洛旱 8 号、淮 05155、西农 979、洛麦 24 和花培 1号。以上 11 个品种或品系属于籽粒镉含量较低的品种或品系，种植这些品种或品系，有利于降低居民通过食用小麦制品摄入镉的数量。试验品种或品系中，籽粒镉含量大于0.30 mg·kg-1的品种或品系（含量从低到高）有郑 103、周麦 23、华育 198、花培 3 号、百农 160、花培 8 号、新麦 2111、郑 119、周麦 18、郑 102、周麦 11 和 FY189,这些品种或品系籽粒镉含量范围是 0.301-0.383 mg·kg-1,平均值为 0.327 mg·kg-1,食用这些品种或品系籽粒可摄入较多的镉，因此具有较高的风险。方差分析表明，郑 119、周麦 18、郑 102 和周麦 11 这 4 个品种籽粒镉含量与 FY 189 之间不存在显着差异（p>0.05）。
3.3.2 健康风险分析
本研究的健康风险分析采用同丁爱芳[90]同样的方法，即根据以下公式对本研究中小麦进行健康风险分析。世界卫生组织暂定人们每公斤体重每周容许摄入 Cd 的含量为 7μg[91],即 RfD（Reference dose）=1 μg·（kg·d）-1.
公式中 R 为食用小麦而导致镉摄入量的贡献率，D 为每日食用量（g·d-1），根据实际调查，本研究中暂定济源当地成人每人每天食用的面粉质量约为 500 g,C 为食用小麦中 Cd 的含量（mg·kg-1），Fd 为鲜重质量换算成干重质量的系数（d 表示“dry”），本研究中 Fd=1,Bw 为体重（kg），假设济源当地居民的平均体重为 60 kg.
因此，食用本研究中低镉积累品种小麦和高镉积累品种小麦对 Cd 摄入量的贡献率如表 3-3 所示。当人们摄入本研究中对镉积累最低的洛麦 23 时，对 Cd 摄入量的贡献率为 122%,食用品种 FY189 时，贡献率高达 319%.相对来说，食用洛麦 23 能够降低摄入 Cd 的风险，但其摄入隔含量的贡献率仍然超过 100%,当再摄入其他食品时，镉的摄入量会更高，一定超过 RfD.因此，人们可以适当的减少面粉的摄入量，增加摄入隔含量低的食品。
3.4 讨论
研究表明，小麦麸皮中污染重金属的含量要高于面粉[72-73],因此，本研究中小麦全麦粉的镉含量高于国家标准的限量值，但面粉中镉含量仍有可能低于该限量值。另外，本研究的结果表明，研究区小麦籽粒镉积累比较严重。小麦制品（面条、馒头等）是当地居民一日三餐主要的主食，因此，有必要对当地居民通过食用小麦制品摄入镉的状况进行研究。小麦籽粒中污染元素含量受到环境因素的明显影响，因此，本研究选出的低镉积累品种的籽粒镉含量会受到土壤、管理等因素的影响，但一般地，不同品种的籽粒重金属含量排序在不同种植区域一般不会改变[74].
3.5 结论
相对于其他品种，洛麦 23、洛旱 6 号、新麦 26、百农 3217、08H277-18-7、平安 7号、洛旱 8 号、淮 05155、西农 979、洛麦 24 和花培 1 号，这 11 个品种或品系对镉的积累量较低。相对来说，能降低居民摄入摄入镉的风险。有郑 103、周麦 23、华育 198、花培 3 号、百农 160、花培 8 号、新麦 2111、郑 119、周麦 18、郑 102、周麦 11 和 FY189是对镉积累较高的品种或品系，具有较高的风险。结合各品种小麦的产量，有三个品种可以推荐给当地居民，分别为洛麦 23、洛旱 8 号、洛麦 24.按 60 kg 体重的成人每日食用 500 g 小麦粉制品计算，食用洛麦 23 的摄入的镉数量略超过最大允许数量，食用其它品种小麦摄入的镉数量远超过最大允许数量。
