一种筛选重金属低吸收玉米品种的方法

技术领域

本发明涉及作物种植技术领域，尤其是涉及一种筛选重金属低吸 收玉米品种的方法。

背景技术

土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素在土 壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高。镉、铅等元素 在作物籽实中富集系数较高，重金属污染物在土壤中移动性很小，不 易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极 大。

镉能引起人和动物的一系列疾病，能抑制生长，引起高血压，以 及对酶系统、生育力和某些必需元素的不良影响。镉为植物非必需元 素，但植物对镉的吸收和运转作用都很强，植物体内的镉含量与土壤 中的镉含量成直线关系。铅对人有毒，铅毒的临床表现包括贫血、便 秘、腹痛、呕吐及食欲减退等。幼儿大脑对铅的污染比较敏感，易出 现智力障碍和行为异常。植物的根对铅的吸收是被动吸收，吸收量与 土壤中铅的浓度及温度有关。

重金属对植物产生毒害的典型症状很少，比较普遍的症状为：失 绿、叶片上棕色斑块、叶缘变色、根颜色变深、发育不良及形成珊瑚 壮根。不同的作物种类或者同一作物的不同品种之间对重金属吸收和 累积能力存在差异，对植物产生毒害的重金属浓度及富集效应非常难 以评价，难以筛选出重金属低吸收作物品种，重金属污染农用地大量 废弃。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种筛选 重金属低吸收玉米品种的方法，筛选结果精准，筛选周期短，数据处 理科学简便，筛选出低吸收的玉米品种，减少重金属在植物可食器官 的积累，从而保障农产品的质量安全。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种筛选重金属低 吸收玉米品种的方法，包括如下步骤：S1，田间试验分区，根据地块 本身土壤重金属污染程度分为N个试验小区，按照重金属含量由低到 高依次分为对照组区、实验组1区、实验组2区、…实验组N-1区；

S2，供试玉米品种确定，根据往年玉米种植及品种推广情况，试 验选取大面积推广种植的玉米品种，并分别进行编号；

S3，田间试验管理，N个试验小区的田间管理措施保持一致，每 个试验小区分设M个玉米品种种植小区；

S4，样品采集测试，待玉米成熟后，每个试验小区采集土壤样品 进行理化性质分析；每个种植小区采集种植小区代表性样品即土壤样 品进行重金属全量和重金属不同形态含量测试；每个种植小区协同采 集农作物样品，采集玉米根样品、穗下茎叶即第一穗节以下样品、穗 上茎叶即第一穗节以上样品、籽实样品；采集完成后进行样品制备及 分析测试；

S5，数据统计分析，采用N个试验小区不同玉米品种测试结果结 合N个试验小区的重金属土壤含量，采用综合对比分析方法，最终确 定重金属低吸收玉米品种。

进一步地，步骤4中每个试验小区采集1组土壤样品共N组进行 理化性质分析；每个种植小区按采集种植小区代表性样品，NM个种 植小区各采集1组土壤样品进行重金属全量和重金属不同形态含量 测试，共计NM组；每个种植小区协同采集农作物样品，NM个种植小 区采集玉米根样品NM组、穗下茎叶即第一穗节以下样品NM组、穗上 茎叶即第一穗节以上样品NM组、籽实样品5NM组。

进一步地，步骤4中每个种植小区按均匀5点采样法采集小区代 表性样品；土壤样品按Tessier修正顺序七步提取法。

进一步地，包括如下步骤：S1，田间试验分区，根据地块本身土 壤重金属污染程度分为4个试验小区，按照重金属含量由低到高依次 分为对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区；

S2，供试玉米品种确定，根据往年玉米种植及品种推广情况，试 验选取22种大面积推广种植的玉米品种，并分别进行编号C1-C22；

S3，田间试验管理，4个试验小区的田间管理措施保持一致，每 个试验小区分设22个玉米品种种植小区，每个种植小区播种2行， 每行约40株，每株播种3～5粒；种植同时施用50kg·亩

S4，样品采集测试，待玉米成熟后，每个试验小区采集1组土壤 样品共4组进行理化性质分析；每个种植小区按采集种植小区代表性 样品，88个种植小区各采集1组土壤样品进行重金属全量和镉/铅/ 砷不同形态含量测试，共计88组；每个种植小区协同采集农作物样 品，88个种植小区采集玉米根样品88组、穗下茎叶即第一穗节以下 样品88组、穗上茎叶即第一穗节以上样品88组、籽实样品440组； 采集完成后进行样品制备及分析测试；

S5，数据统计分析，采用4个试验小区不同玉米品种测试结果结 合4个试验小区的镉/铅/砷土壤含量，采用综合对比分析方法，最终 确定重金属吸收玉米品种。

进一步地，步骤4中土壤重金属含量分析为土壤重金属依据全国 土壤污染状况详查土壤样品分析测试方法技术规定所提供的方法测 定；农作物根、茎叶、籽粒重金属含量分析为农作物重金属依据全国 土壤污染状况详查农产品样品分析测试方法技术规定所提供的电感 耦合等离子体质谱法ICP-MS测定。

进一步地，步骤5中数据统计分析，采用Excel、Origin和SPSS 软件进行数据整理、统计分析、绘图分析。

进一步地，步骤5中综合对比分析方法为4个试验小区不同玉米 品种对镉/铅/砷的富集和转运特性分析；

4个试验小区不同玉米品种对镉/铅/砷的富集和转运特性分析包 括：不同玉米品种各个部位镉/铅/砷的含量分析和不同玉米品种对镉 /铅/砷的富集及转运规律分析，不同玉米品种对镉/铅/砷的富集和转 运规律是通过不同玉米品种对镉/铅/砷的富集系数和转运系数分析 统计；

确定镉/铅/砷低吸收玉米品种的过程为：结合4个试验小区镉/ 铅/砷土壤含量，通过不同玉米品种对镉/铅/砷的富集和转运特性分 析确定出重金属低吸收玉米品种。

进一步地，不同玉米品种各个部位镉/铅/砷的含量分析过程为：

综合对比对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同 玉米品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒镉/铅/砷含量以及超标情况， 根据玉米各部位镉/铅/砷含量由低到高统计分布，得出不同玉米品种 各个部位镉/铅/砷的含量分析结果：根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒 镉/铅含量综合表现处于低含量梯度的玉米品种、处于中含量梯度的 玉米品种和处于高含量梯度的玉米品种；

不同玉米品种对镉/铅/砷的富集及转运规律分析过程为：

计算每个试验小区22个玉米品种平均根富集系数、平均穗下茎 叶富集系数、平均穗上茎叶富集系数和平均籽粒富集系数，采用平均 富集系数表征不同玉米部位富集镉/铅能力，将每个试验小区的不同 玉米部位的镉/铅/砷平均富集系数系数排序，得出在每个试验小区不 同玉米部位富集镉/铅/砷能力强弱顺序；

排序每个试验小区的穗下茎叶转运系数从低到高的玉米品种、穗 上茎叶转运系数从低到高的玉米品种、籽粒转运系数从低到高的玉米 品种，判定不同玉米品种镉/铅/砷富集及转运综合能力的强弱，得出 不同玉米品种对镉/铅/砷的富集及转运规律分析结果：镉/铅/砷富集 及转运综合能力弱的玉米品种、镉/铅/砷富集及转运综合能力中等的 玉米品种和镉/铅/砷富集及转运综合能力强的玉米品种。

进一步地，确定重金属低吸收玉米品种的过程为：

将4个试验小区不同玉米品种不同部位镉/铅/砷含量数值与国 家饲料卫生标准和食品安全标准对比，得出标准对比结果：即4个试 验小区不同部位有超出标准的品种；

将标准对比结果中的超标品种去除，合格品种结合不同玉米品种 各个部位镉/铅/砷的含量分析结果和不同玉米品种对镉/铅/砷的富 集及转运规律分析结果，筛选出镉/铅/砷低吸收玉米品种，以及镉砷 /铅砷/镉铅低吸收玉米品种、镉铅砷低吸收玉米品种。

一种将玉米品种登海3721、秀青74-9、秀青835、承玉5、正大 12、滑玉12、先玉335用于镉/镉砷低吸收种植的用途或将玉米品种 登海3622、浚单20、先玉335、豫玉22、创玉358、美锋0808用于 铅/铅砷低吸收种植的用途或将先玉335用于镉铅/镉铅砷低吸收种 植的用途。

本发明的有益效果是：

本发明筛选重金属低吸收玉米品种的方法针对农用地的重金属 镉污染，尤其是针对镉、铅、砷等常见农田重金属污染而筛选的低积 累/低吸收玉米品种。本发明筛选重金属低吸收玉米品种的方法通过 对不同玉米品种各个部位镉/铅/砷的含量分析和不同玉米品种对镉/ 铅/砷的富集及转运规律分析，结合国家食品安全国家标准食品中污 染物限量和国家饲料卫生标准和食品安全标准，筛选出镉/铅/砷低吸 收玉米品种，以及镉砷/铅砷/镉铅低吸收玉米品种、镉铅砷低吸收玉 米品种。

本发明筛选重金属低吸收玉米品种的方法筛选周期短，只需要一 个种植季时间，对玉米不同部位重金属吸收和积累数据采集全面，分 析比对玉米不同部位含量和富集及转运规律，数据处理方法科学精 准，可快速准确筛选出镉/铅/砷低吸收玉米品种，以及镉砷/铅砷/ 镉铅低吸收玉米品种、镉铅砷低吸收玉米品种。本发明筛选重金属低 吸收玉米品种的方法通过田间小区筛选试验，设置空白对照地块及三 组重复地块，确定不同玉米品种对重金属镉、铅、砷的富集程度及吸 收的差异性，筛选出低吸收的玉米品种，减少重金属在植物可食器官 的积累，从而保障农产品的质量安全。

本发明筛选重金属低吸收玉米品种的方法试验选取大面积推广 种植的22个玉米品种：登海3721、登海3622、秀青74-9、秀青835、 亿科254、东单159、裕丰303、中金368、承玉5、正大12、滑玉 12、安玉12、浚单20、农玉16、强硕88、玉农76、安农591、先玉 335、蠡玉16、豫玉22、创玉358、美锋0808，筛选出用于镉/镉砷 低吸收种植的玉米品种登海3721、秀青74-9、秀青835、承玉5、正 大12、滑玉12、先玉335，用于铅/铅砷低吸收种植的玉米品种登海3622、浚单20、先玉335、豫玉22、创玉358、美锋0808，用于镉 铅/镉铅砷低吸收种植的先玉335，为选择中低度重金属污染土壤的 低积累玉米品种提供了理论依据和参考。

附图说明

附图1为对照组区、实验组(1区、2区、3区)根镉含量柱状 对比图；

附图2为对照组区、实验组(1区、2区、3区)穗下茎叶镉含 量柱状对比图；

附图3为对照组区、实验组(1区、2区、3区)穗上茎叶镉含 量柱状对比图；

附图4为对照组区、实验组(1区、2区、3区)籽粒镉含量柱 状对比图；

附图5为对照组区、实验组(1区、2区、3区)根铅含量柱状 对比图；

附图6为对照组区、实验组(1区、2区、3区)穗下茎叶铅含 量柱状对比图；

附图7为对照组区、实验组(1区、2区、3区)穗上茎叶铅含 量分区对照图；

附图8为对照组区、实验组(1区、2区、3区)籽粒铅含量柱 状对比图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描 述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

一种筛选重金属低吸收玉米品种的方法，包括如下步骤：S1，田 间试验分区；S2，供试玉米品种确定；S3，田间试验管理；S4，样品 采集测试；S5，数据统计分析，确定低吸收玉米品种。

步骤1中，利用工作区SBG-3号地块作为试验地块，根据地块本 身土壤重金属污染程度分为4个试验小区，按照重金属含量由低到高 依次分为对照组区A区、实验组1区B1区、实验组2区C区、实验 组3区B2区，其中对照组区土壤重金属含量较低，实验组1、2、3 区土壤重金属含量依次递增，每个试验小区内按照玉米品种数量分设 22个种植小区。

步骤2中，根据2018年栾川地区玉米种植及品种推广情况，试 验选取栾川地区大面积推广种植的22个玉米品种，并分别进行编号 C1～C22(如表1)。

表1试验小区分区表

步骤3中4个试验小区的田间管理措施保持一致，每个试验小区 分设22个玉米品种种植小区，每个种植小区播种2行，每行约40株， 每株播种3～4粒。

步骤4中待玉米成熟后，每个试验小区采集1组土壤样品进行理 化性质分析，每个种植小区按均匀5点采样法采集小区代表性样品， 分别采集1组土壤样品进行重金属全量和镉、铅、砷不同形态含量 (Tessier修正顺序七步提取法)测试，共计88组，可有效缩小测试结果误差；每个种植小区协同采集农作物样品，其中玉米根样品88组、穗下茎叶(第一穗节以下)样品88组、穗上茎叶(第一穗节 以上)样品88组、籽实样品共计440组(5次重复)。采集完成后进 行样品制备及分析测试。

步骤5中对样品测试数据进行分类整理，采用Excel、Origin和 SPSS软件进行数据整理、统计分析、绘图分析，筛选出低吸收玉米 品种。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤5中土壤重金属理化 性质分析为：土壤重金属含量依据《全国土壤污染状况详查土壤样品 分析测试方法技术规定》所提供的方法测定。

各试验小区的理化性质如表2、表3所示，各试验小区理化性质 基本一致，主要为弱碱性粉壤土及砂质壤土，阳离子交换量低～中等， 养分指标(有机质及氮磷钾)含量很低～低。

四个试验小区的土壤重金属污染物以镉、铅为主，锌及砷次之， 对照区、实验组1区、实验组2区、实验组3区污染物含量依次增加。 其中实验组1区镉含量超标3.02倍为中度污染，铅含量超标1.56倍、 锌含量超标1.28倍，为轻度超标，砷含量超标1.10倍为轻微超标； 实验组2区镉含量超标4.03倍为中度超标，铅含量超标2.58倍为轻 度超标，锌含量超标1.76倍、砷含量超标1.22倍，为轻微超标；实 验组3区镉含量超标6.93倍为重度超标，铅含量超标4.36倍为中度 超标，锌含量超标2.90倍为轻度超标，砷含量超标1.77倍为轻微超标(见表4)。

表2各试验小区土壤理化性质一览表

表3各试验小区土壤养分指标一览表

表4各试验小区污染物单因子污染指数评估表

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤2中根据北方玉米种 植及品种推广情况，结合豫西山地丘陵中产玉米区：包括洛阳在内的 中西部浅山和丘陵地区，该区降雨量少，灌溉条件差，生产上适宜种 植耐旱稳产的品种，保证旱作区玉米的稳定发展。试验选取当地大面 积推广种植的22个玉米品种：登海3721、登海3622、秀青74-9、 秀青835、亿科254、东单159、裕丰303、中金368、承玉5、正大 12、滑玉12、安玉12、浚单20、农玉16、强硕88、玉农76、安农 591、先玉335、蠡玉16、豫玉22、创玉358、美锋0808，并分别进 行品种编号C1～C22，种子从栾川县种子公司采购，玉米品种基本情 况见表5。

表5供试玉米品种基本情况一览表

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤3中2019年3月进 行了种植前准备工作，包括设置试验田防护拦网进行地块边界隔离、 地块整理、土地平整、土壤翻耕、试验田划分等工作。2019年4月 在栾川县种子公司采购了该地区主推的22个玉米品种。2019年4月15日～18日针对对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区 共4个分区分别进行了22个玉米品种种植工作，每个种植小区播种 2行，每行播种40株左右，种植同时施用50kg·亩

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤4中待玉米成熟后， 采集各个玉米品种种植小区的玉米和土壤样品。

每个玉米品种种植小区分别采集1组小区代表性土壤样品(5点 采样法)，单组样品重量不小于1500g，共计采集土壤重金属含量分 析样品88组，其中对照组区样品22组、实验组1区样品22组、实 验组2区样品22组、实验组3区样品22组。

农作物样品与土壤为协同点位采样，在对照组区、实验组1区、 实验组2区、实验组3区内每个玉米品种种植小区土壤采样点采集农 作物协同样品(5点采样法)，其中玉米根样品、穗下茎叶(第一穗 节以下)样品、穗上茎叶(第一穗节以上)均为5点混合样品，玉米籽粒为5点单独样品，共计采集农作物根样品88组，玉米穗下茎叶 样品88组，玉米穗上茎叶样品88组，玉米籽粒样品440组。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于：土壤重金属含量依据《全 国土壤污染状况详查土壤样品分析测试方法技术规定》所提供的方法 测定。农作物根、茎叶、籽粒重金属含量分析：农作物重金属(总镉、 总汞、总砷、总铅、总铬、总铜、总锌、总镍)依据《全国土壤污染 状况详查农产品样品分析测试方法技术规定》所提供的电感耦合等离 子体质谱法(ICP-MS)测定。

不同玉米品种对镉的富集和转运特性分析：不同玉米品种各个部 位镉的含量分析和不同玉米品种对镉的富集及转运规律分析。

不同玉米品种各个部位镉的含量分析为：

对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米品种 根镉含量见图1，穗下茎叶(第一穗节以下)镉含量见图2，穗上茎 叶(第一穗节以上)镉含量见图3，籽粒镉含量见图4。对照组区、 实验组1区、实验组2区、实验组3区的根、穗下茎叶、穗上茎叶、 籽粒镉含量都有显著差异。

对照组所有品种和实验组C1～C7、C9～C14、C16、C18、C22号 籽粒镉含量均未超过《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)(谷物镉限值0.1mg·kg

综合对比对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同 玉米品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒镉含量，根据玉米各部位镉 含量由低到高排序统计分布，将各玉米品种的四个部位镉含量排序的 序号相加求和，由小到大排序各玉米品种的序号值之和，得出根、穗 下茎叶、穗上茎叶、籽粒镉含量综合表现处于低含量梯度的玉米品种 为C3、C4、C5、C6、C7、C9、C10、C11，处于中含量梯度的玉米品 种为C1、C2、C12、C13、C14、C16、C18、C22，处于高含量梯度的 玉米品种为C8、C15、C17、C19、C20、C21。

不同玉米品种对镉的富集及转运规律分析为：

对照组区和实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米品种 不同器官的富集系数和转运系数进行分析。富集系数(BF)＝植物体 内某种重金属元素/土壤中该种元素的含量；转运系数(TF)＝植物地 上部分某种重金属元素/植物地下部分该种元素的含量。从表6至表 9可以看出，供试玉米品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒的富集系 数和穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒转运系数都有显著差异。

1)对照组区不同玉米品种对镉的富集和转运规律

根富集系数范围为0.216～0.436，平均值为0.336；穗下茎叶富 集系数范围为0.216～1.683，平均值为0.527；穗上茎叶富集系数范 围为0.321～1.296，平均值为0.696；籽粒富集系数范围为0.0115 ±0.0009～0.0587±0.0249，平均值0.0260。玉米穗上茎叶富集镉 能力＞穗下茎叶富集镉能力＞根富集镉能力＞籽粒富集镉能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.512～4.955，平均值为1.612，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C10、C13、C7、C5、C16、 C6、C12、C1、C18、C14、C17、C11、C8、C9、C3、C21、C22、C2、 C4、C15、C19、C20；穗上茎叶转运系数范围为0.182～26.600，平 均值为2.631，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C13、 C10、C4、C16、C3、C9、C19、C11、C7、C6、C14、C18、C12、C5、 C20、C17、C8、C22、C15、C1、C21、C2；籽粒转运系数范围为0.0269±0.002～0.173±0.009，平均值为0.0284；籽粒转运系数从低到高 的玉米品种排序为C7、C10、C3、C9、C5、C12、C13、C11、C4、C6、 C8、C16、C21、C22、C18、C1、C14、C2、C19、C20、C17、C15。

表6对照组区供试玉米品种的富集系数和转运系数表

2)实验组1区不同玉米品种对镉的富集和转运规律

根富集系数范围为0.057～1.472，平均值为0.400；穗下茎叶富 集系数范围为0.043～1.791，平均值为0.503；穗上茎叶富集系数范 围为0.159～4.475，平均值为0.946；籽粒富集系数范围为0.00589 ±0.0003～0.0907±0.0443，平均值为0.0227。玉米穗上茎叶的富 集镉能力＞穗下茎叶富集镉能力＞根富集镉能力＞籽粒富集镉能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.352～4.470，平均值为1.446，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C12、C1、C8、C18、C9、 C3、C4、C5、C7、C6、C10、C11、C19、C22、C2、C14、C15、C21、 C16、C17、C13、C20；穗上茎叶转运系数范围为0.740～21.376，平 均值为3.401，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C14、 C18、C4、C9、C7、C5、C1、C3、C2、C19、C22、C6、C8、C10、C11、 C12、C15、C21、C16、C17、C20、C13。籽粒转运系数范围为0.0174±0.001～0.387±0.099，平均值为0.0809；籽粒转运系数从低到高 的玉米品种排序为C1、C9、C3、C8、C4、C5、C19、C7、C18、C10、 C6、C14、C22、C16、C2、C12、C21、C11、C15、C17、C20、C13。

表7实验组1区供试玉米品种的富集系数和转运系数表

3)实验组2区不同玉米品种对镉的富集和转运规律

根富集系数范围为0.028～0.640，平均值为0.257；穗下茎叶富 集系数范围为0.036～0.515，平均值为0.242；穗上茎叶富集系数范 围为0.072～1.753，平均值为0.460；籽粒富集系数范围为0.00239 ±0.0004～0.0310±0.0119，平均值为0.0108。玉米穗上茎叶的富 集镉能力＞根富集镉能力＞穗下茎叶富集镉能力＞籽粒富集镉能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.244～4.949，平均值为1.260，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C11、C5、C22、C19、C16、 C17、C7、C3、C9、C13、C21、C14、C10、C18、C2、C12、C20、C1、C15、C4、C6、C8；穗上茎叶转运系数范围为0.272～11.304，平均 值为2.326，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C5、C3、 C11、C22、C14、C13、C19、C17、C7、C18、C16、C12、C2、C6、C9、 C21、C4、C10、C1、C20、C15、C8。籽粒转运系数范围为0.00753±0.001～0.298±0.114，平均值为0.0593；籽粒转运系数从低到高的 玉米品种排序为C5、C3、C7、C19、C11、C17、C22、C21、C13、C16、 C6、C18、C2、C9、C4、C12、C14、C1、C10、C15、C20、C8(见表8)。

表8实验组2区供试玉米品种的富集系数和转运系数表

4)实验组3区不同玉米品种对镉的富集和转运规律

根富集系数范围为0.114～0.620，平均值为0.363；穗下茎叶富 集系数范围为0.051～1.082，平均值为0.309；穗上茎叶富集系数范 围为0.077～7.361，平均值为0.761；籽粒富集系数范围为0.00238 ±0.0003～0.0229±0.0048，平均值为0.00915。玉米穗上茎叶的富 集镉能力＞根富集镉能力＞穗下茎叶富集镉能力＞籽粒富集镉的能 力。

穗下茎叶转运系数范围为0.132～4.949，平均值为2.657，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C3、C2、C11、C10、C1、 C18、C9、C14、C13、C5、C6、C16、C12、C17、C19、C4、C7、C22、 C21、C20、C8、C15；穗上茎叶转运系数范围为0.182～26.600，平 均值为2.631，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C8、 C11、C13、C22、C10、C4、C3、C14、C12、C9、C18、C19、C16、C17、 C7、C6、C20、C21、C1、C15、C5、C2。籽粒转运系数范围为0.00622 ±0.001～0.0858±0.022，平均值为0.0284；籽粒转运系数从低到 高的玉米品种排序为C10、C17、C6、C2、C9、C3、C15、C13、C12、C18、C11、C5、C8、C21、C16、C7、C20、C19、C1、C22、C4、C14 (见表9)。

表9实验组3区供试玉米品种的富集系数和转运系数表

5)对照组区、实验组(1区、2区、3区)不同玉米品种对镉的 富集和转运规律综合分析

①玉米不同部位富集镉能力差异性

在自然田间试验条件下，供试的22个玉米品种不同部位镉含量、 镉富集系数都有明显差异，其中：

在镉低浓度区(对照组区、实验组1区)表现为玉米穗上茎叶镉 含量＞穗下茎叶镉含量＞根镉含量＞籽粒镉含量；在镉高浓度区(实 验组2区、实验组3区)玉米穗上茎叶镉含量＞根镉含量＞穗下茎叶 镉含量＞籽粒镉含量。

在镉低浓度区(对照组区、实验组1区)表现为玉米穗上茎叶的 富集镉能力＞穗下茎叶富集镉能力＞根富集镉能力＞籽粒富集镉能 力；在镉高浓度区(实验组2区、实验组3区)玉米穗上茎叶的富集 镉能力＞根富集镉能力＞穗下茎叶富集镉能力＞籽粒富集镉能力。

②不同玉米品种镉富集和转运综合能力分类

综合对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米 品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽实富集系数以及穗下茎叶、穗上茎 叶、籽实转运系数进行统计分析，判定不同玉米品种镉富集及转运综 合能力的强弱。将各玉米品种的四个部位富集系数排序的序号、转运 系数排序的序号分别相加求和，由小到大排序各玉米品种的富集系数 排序序号之和与转运系数排序的序号之和的总和，得出：富集及转运 综合能力弱的玉米品种为C3、C7、C9、C10、C11、C18；富集及转运 综合能力中等的玉米品种为C4、C5、C6、C9、C12、C13、C14、C16、C22；富集及转运综合能力强的玉米品种为C1、C2、C8、C15、C17、 C19、C20、C21。

对照组区和实验组区中镉富集及转运综合能力中等～强的玉米 品种，与实验组穗下茎叶镉含量超过国家饲料卫生标准的玉米品种 (C4、C7、C8、C12、C14、C15、C16、C17、C19、C20、C21、C22)， 与实验组穗上茎叶镉含量超过国家饲料卫生标准的玉米品种(C1、C2、C5、C6、C7、C8、C13、C15、C16、C17、C19、C20、C21)，与实验组 籽粒含量超过国家食品安全标准的玉米品种(C8、C15、C17、C19、 C20、C21)基本一致，充分说明当玉米茎叶及籽粒镉富集和转运能力 强时，茎叶和籽粒的镉含量明显较高。

重金属镉低吸收玉米品种的确定：

根据对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米 品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒铅含量综合对比，根据含量由低 到高进行统计分布，其中根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒综合表现处 于低镉含量梯度的玉米品种为C3、C4、C5、C6、C7、C9、C10、C11， 处于中镉含量梯度的玉米品种为C1、C2、C12、C13、C14、C16、C18、 C22，处于高镉含量梯度的玉米品种为C8、C15、C17、C19、C20、C21。

根据对照组区、对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3 区玉米籽粒和茎叶的镉含量超过国家相关标准因素，得出标准对比结 果：①穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒均未超过国家饲料卫生标准和食品 安全标准的玉米品种为C3、C9、C10、C11(秀青74-9、承玉5、正 大12和滑玉12)；②穗上茎叶、籽粒均未超过国家饲料卫生标准和 食品安全标准，但穗下茎叶超过国家饲料卫生标准的玉米品种为C4、 C12、C14、C22(秀青835、安玉12、农玉16、美锋0808)；③穗下 茎叶、籽粒均未超过国家饲料卫生标准和食品安全标准，但穗上茎叶 超过国家饲料卫生标准的玉米品种为C1、C2、C5、C6、C13、C18(登 海3721、登海3622、亿科254、东单159、浚单20、先玉335)；④ 籽粒未超过国家食品安全标准，但穗下茎叶、穗上茎叶均超过国家饲 料卫生标准的玉米品种为C7、C16(裕丰303、玉农76)；⑤籽粒、 穗下茎叶、穗上茎叶均超过国家饲料卫生标准和食品安全标准的玉米 品种为C8、C15、C17、C19、C20、C21(中金368、强硕88、安农591、 蠡玉16、豫玉22、创玉358)。

根据对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区玉米富集 系数及转运系数因素，其中：①镉富集及转运综合能力弱的玉米品种 为C3、C7、C9、C10、C11、C18；②镉富集及转运综合能力中等的玉 米品种为C4、C5、C6、C9、C12、C13、C14、C16、C22；③镉富集及 转运综合能力强的玉米品种为C1、C2、C8、C15、C17、C19、C20、 C21。

综上所述，根据玉米籽粒和茎叶的镉含量结果、籽粒含量聚类分 析结果、富集系数和转运系数结果进行相互对照和综合判定，不同玉 米品种各个部位镉的含量分析结果中排序序号与不同玉米品种对镉 富集及转运综合能力分析结果中排序序号相加，由小到大排序各玉米 品种的序号值之和，去除标准对比结果中的籽粒镉含量超标的品种， 籽粒中镉含量超标较其他部位镉含量超标危害更大，筛选出C1号(登 海3721)、C3号(秀青74-9)、C4(秀青835)、C9号(承玉5)、C10 号(正大12)、C11号(滑玉12)、C18(先玉335)作为镉优选低吸 收玉米品种。

实施例7

本实施例与实施例1的不同之处在于：不同玉米品种对铅的富集 和转运特性分析：不同玉米品种各个部位铅的含量分析和不同玉米品 种对铅的富集及转运规律分析。

不同玉米品种各个部位铅的含量分析为：

对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米品种 根铅含量见图5，穗下茎叶(第一穗节以下)铅含量见图6，穗上茎 叶(第一穗节以上)铅含量见图7，籽粒铅含量见图8。对照组区、 实验组1区、实验组2区、实验组3区的根、穗下茎叶、穗上茎叶、 籽粒铅含量都有显著差异。

对照组所有品种和实验组籽粒铅含量均未超过《食品安全国家标 准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)(谷物铅限值0.2mg·kg

综合对比对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同 玉米品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒铅含量，根据含量由低到高 统计分布，将各玉米品种的四个部位铅含量排序的序号相加求和，由 小到大排序各玉米品种的序号值之和，得出：根、穗下茎叶、穗上茎 叶、籽粒综合表现处于低含量梯度的玉米品种为C2、C3、C5、C13、 C21、C22，处于中等含量梯度的玉米品种为C6、C10、C11、C15、C18、 C20，处于高含量梯度的玉米品种为C1、C4、C7、C8、C9、C12、C14、C16、C17、C19。

不同玉米品种对铅的富集及转运规律分析为：

通过对对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉 米品种不同器官的富集系数和转运系数进行分析。从表10至表13看 出，供试玉米品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒的富集系数和穗下 茎叶、穗上茎叶、籽粒转运系数都有显著差异。

1)对照组区不同玉米品种对铅的富集和转运规律

根富集系数范围为0.0198～0.0796，平均值为0.0349；穗下茎 叶富集系数范围为0.00772～0.0685，平均值为0.0175；穗上茎叶富 集系数范围为0.0127～0.0322，平均值为0.0191；籽粒富集系数范 围为0.00007±0.00001～0.00070±0.00027，平均值为0.000179。 玉米根铅富集能力＞穗上茎叶铅富集能力＞穗下茎叶铅富集能力＞ 籽粒铅富集能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.213～1.104，平均值为0.522，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C13、C10、C4、C9、C17、 C7、C1、C5、C21、C14、C11、C12、C22、C18、C8、C2、C16、C3、 C20、C6、C19、C15；穗上茎叶转运系数范围为0.266～1.320，平均 值为0.606，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C19、C4、 C13、C9、C14、C10、C21、C7、C8、C2、C17、C6、C18、C22、C5、 C12、C3、C11、C16、C1、C20、C15。籽粒转运系数范围为 0.00143±0.00033～0.02224±0.00872，平均值为0.00597；籽粒转 运系数从低到高的玉米品种排序为C19、C12、C4、C10、C9、C17、 C16、C14、C7、C18、C11、C13、C21、C3、C15、C22、C5、C2、C1、 C8、C6、C20。

表10对照组供试玉米品种的铅富集系数和转运系数

2)实验组1区不同玉米品种对铅的富集和转运规律

根富集系数范围为0.003～0.112，平均值为0.028；穗下茎叶富 集系数范围为0.001～0.023，平均值为0.008；穗上茎叶富集系数范 围为0.002～0.031，平均值为0.009；籽粒富集系数范围为 0.00056±0.00017～0.00015±0.00003，平均值为0.0001。玉米根富集铅能力＞穗上茎叶富集铅能力＞穗下茎叶富集铅能力＞籽粒富 集铅能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.077～1.179，平均值为0.426，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C8、C9、C4、C12、C1、C5、 C7、C14、C3、C6、C2、C19、C11、C18、C10、C17、C22、C13、C15、 C21、C16、C20；穗上茎叶转运系数范围为0.094～1.622，平均值为0.482，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C8、C4、C7、 C19、C9、C2、C14、C5、C1、C6、C3、C11、C12、C18、C10、C21、 C22、C17、C15、C20、C16、C13。籽粒转运系数范围为 0.00120±0.00024～0.03612±0.01041，平均值为0.00607，籽粒转 运系数从低到高的玉米品种排序为C8、C4、C7、C19、C9、C2、C3、 C14、C11、C5、C21、C6、C18、C22、C1、C17、C10、C12、C20、C15、C16、C13。

表11实验组1区供试玉米品种的富集系数和转运系数

3)实验组2区不同玉米品种对铅的富集和转运规律

根富集系数范围为0.005～0.087，平均值为0.026；穗下茎叶富 集系数范围为0.001～0.020，平均值为0.006；穗上茎叶富集系数范 围为0.001～0.019，平均值为0.009；籽粒富集系数范围为 0.00048±0.00020～0.00016±0.00002，平均值为0.0001。玉米根铅富集能力＞穗上茎叶铅富集能力＞穗下茎叶铅富集能力＞籽粒铅 富集能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.071～1.016，平均值为0.354，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C11、C9、C17、C7、C5、 C22、C3、C19、C21、C2、C16、C20、C10、C13、C15、C14、C12、C8、 C4、C18、C1、C6；穗上茎叶转运系数范围为0.068～1.193，平均值 为0.339，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C21、C11、 C5、C19、C3、C17、C22、C7、C14、C9、C2、C20、C16、C13、C12、 C15、C10、C6、C18、C4、C1、C8。籽粒转运系数范围为 0.00102±0.00010～0.02216±0.00906，平均值为0.006；籽粒转运 系数从低到高的玉米品种排序为C5、C7、C19、C21、C17、C3、C22、 C9、C16、C13、C2、C20、C15、C11、C18、C6、C14、C4、C12、C8、C10、C1。

表12实验组2区供试玉米品种的富集系数和转运系数

(4)实验组3区不同玉米品种对铅的富集和转运规律

根富集系数范围为0.008～0.139，平均值为0.064；穗下茎叶富 集系数范围为0.001～0.016，平均值为0.007；穗上茎叶富集系数范 围为0.001～0.007，平均值为0.003；籽粒富集系数范围为 0.00005±0.00001～0.00009±0.00003，平均值为0.00005。玉米根铅富集能力＞穗下茎叶铅富集能力＞穗上茎叶铅富集能力＞籽粒铅 富集能力。

穗下茎叶转运系数范围为0.045～0.282，平均值为0.139，穗下 茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C16、C22、C17、C13、C21、 C3、C18、C5、C2、C9、C1、C20、C10、C7、C12、C19、C11、C14、 C6、C8、C4、C15；穗上茎叶转运系数范围为0.016～0.462，平均值 为0.117，穗上茎叶转运系数从低到高的玉米品种排序为C22、C16、 C13、C8、C17、C21、C14、C12、C20、C18、C19、C7、C4、C9、C15、 C10、C3、C11、C6、C2、C1、C5。籽粒转运系数范围为0.00026±0.00003～ 0.00583±0.00181，平均值为0.0017，籽粒转运系数从低到高的玉 米品种排序为C16、C21、C18、C13、C14、C7、C22、C12、C20、C17、 C8、C15、C19、C10、C11、C4、C9、C2、C6、C3、C5、C1。

表13实验组3区供试玉米品种的富集系数和转运系数

5)对照组区、实验组(1区、2区、3区)不同玉米品种对铅的富集和转运 规律综合分析

①玉米不同部位富集铅能力差异性

在自然田间试验条件下，供试的22个玉米品种不同部位铅含量、铅富集系数 都有明显差异，其中：

在铅中低浓度区(对照组区、实验组1区、实验组2区)表现为玉米根铅含 量＞穗上茎叶铅含量＞穗下茎叶铅含量＞籽粒铅含量；在铅高浓度区(实验组3 区)表现为玉米根铅含量＞穗下茎叶铅含量＞穗上茎叶铅含量＞籽粒铅含量。

在铅中低浓度区(对照组区、实验组1区、实验组2区)表现为玉米根富集 铅能力＞穗上茎叶富集铅能力＞穗下茎叶富集铅能力＞籽粒富集铅能力；在铅高 浓度区(实验组3区)玉米根的富集铅能力＞穗下茎叶富集铅能力＞穗上茎叶富 集铅能力＞籽粒富集铅能力。

②不同玉米品种铅富集和转运综合能力分类

综合对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米品种根、穗 下茎叶、穗上茎叶、籽实富集系数以及穗下茎叶、穗上茎叶、籽实转运系数进行 统计分析，判定不同玉米品种铅富集及转运综合能力的强弱。将各玉米品种的四 个部位富集系数排序的序号、转运系数排序的序号分别相加求和，由小到大排序 各玉米品种的富集系数排序序号之和与转运系数排序的序号之和的总和，得出： 铅富集及转运综合能力弱的玉米品种为C9、C13、C17、C22；铅富集及转运综合 能力中等的玉米品种为C2、C5、C10、C11、C14、C18、C21；铅富集及转运综合 能力强的玉米品种为C1、C3、C4、C6、C7、C8、C12、C15、C16、C19、C20。

对照组区和实验组区中铅富集及转运综合能力强的玉米品种，与实验组穗下 茎叶铅含量超过国家饲料卫生标准的玉米品种(C7、C8)，与穗下茎叶、穗上茎叶、 籽粒含量综合表现相对较高的玉米品种(C1、C4、C7、C8、C9、C12、C14、C16、 C17、C19)保持了高度的一致性，充分说明当玉米茎叶及籽粒铅富集和转运能力 强时，茎叶和籽粒的铅含量明显较高。

重金属铅低吸收玉米品种的确定：

综合对比对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区不同玉米品种 根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒铅含量，根据含量由低到高统计分布，根、穗 下茎叶、穗上茎叶、籽粒综合表现处于低含量梯度的玉米品种为C2、C3、C5、 C13、C21、C22，处于中等含量梯度的玉米品种为C6、C10、C11、C15、C18、C20， 处于高含量梯度的玉米品种为C1、C4、C7、C8、C9、C12、C14、C16、C17、C19。

根据对照组区、对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区玉米籽 粒和茎叶的铅含量超过国家相关标准因素，得出标准对比结果：对照组和实验 组(1区、2区、3区)所有品种穗上茎叶、籽粒均未超过国家食品安全标准， 实验组3区C7、C8号玉米穗下茎叶铅含量超过国家饲料卫生标准(其他饲料原 料限值10mg·kg

根据对照组区、实验组1区、实验组2区、实验组3区玉米富集系数及转运 系数因素，铅富集及转运综合能力弱的玉米品种为C9、C13、C17、C22；铅富集 及转运综合能力中等的玉米品种为C2、C5、C10、C11、C14、C18、C21；铅富集 及转运综合能力强的玉米品种为C1、C3、C4、C6、C7、C8、C12、C15、C16、C19、 C20。

本次对照组区及实验组区玉米籽粒铅含量均未超过国家食品安全标准，根据 玉米籽粒和茎叶的镉含量结果、籽粒含量聚类分析结果、富集系数和转运系数结 果进行相互对照和综合判定，不同玉米品种各个部位铅的含量分析结果中排序序 号与不同玉米品种对铅富集及转运综合能力分析结果中排序序号相加，由小到大 排序各玉米品种的序号值之和，去除标准对比结果中任意部位铅含量超标的品种， 筛选出C2(登海3622)、C13(浚单20)、C18(先玉335)、C20(豫玉22)、C21 (创玉358)、C22(美锋0808)作为优选铅低吸收玉米品种。

综合结论：

本试验田土壤污染物以镉、铅为主，砷、锌次之，通过本次低吸收玉米品种 田间筛选试验发现，22个玉米品种中6个品种籽粒镉含量超过了国家食品安全标 准，18个品种茎叶镉含量超过了国家饲料卫生标准，仅有4个品种籽粒和茎叶镉 含量均未超过国家相关标准。通过对照组区和实验组(1区、2区、3区)不同玉 米品种根、穗下茎叶、穗上茎叶、籽粒含量、富集系数、转运系数、土壤镉形态 与生物有效性关系的综合对比分析，最终确定优选镉低吸收玉米品种为C1号(登 海3721)、C3号(秀青74-9)、C4(秀青835)、C9号(承玉5)、C10号(正大12)、 C11号(滑玉12)、C18(先玉335)。

本次低吸收玉米田间筛选试验22个玉米品种籽粒铅含量整体处于中低位水 平(范围0.002～0.163mg·kg

本次低吸收玉米田间筛选试验22个玉米品种籽粒砷含量整体处于低位水平 (范围0.001～0.092mg·kg

综上所述，通过对22个玉米品种各部位镉、铅的含量、富集和转运系数、生 物有效性综合分析，本次试验筛选出C1号(登海3721)、C3号(秀青74-9)、C4 (秀青835)、C9号(承玉5)、C10号(正大12)、C11号(滑玉12)、C18(先玉 335)作为镉低吸收玉米品种，在单一镉污染耕地筛选和培育玉米籽粒中镉含量较 低且不超标的低吸收玉米品种的方式是可行的；本次试验筛选出C2(登海3622)、 C13(浚单20)、C18(先玉335)、C20(豫玉22)、C21(创玉358)、C22(美锋 0808)作为铅低吸收玉米品种，在单一铅污染耕地筛选和培育玉米籽粒中铅含量较低且不超标的低吸收玉米品种的方式是可行的；本次试验筛选出C18(先玉335) 作为优选镉、铅低吸收玉米品种，说明在中轻度镉、铅复合污染耕地筛选和培育 玉米籽粒中镉、铅含量较低且不超标的低吸收玉米品种的方式是可行的。