劉維濤，周啟星*

1. 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境污染過(guò)程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071；2. 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所陸地生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110016

隨著城市化進(jìn)程的加快和工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，特別是礦山開(kāi)采、冶煉、電鍍和制革等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，含重金屬的農(nóng)藥化肥的不合理使用，土壤環(huán)境重金屬污染日益嚴(yán)重，并且通過(guò)食物鏈對(duì)人體和動(dòng)物產(chǎn)生危害[1-4]。有報(bào)道表明：我國(guó)受Cd、As、Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬(wàn)hm2，約占總耕地面積的1/5；其中，工業(yè)“三廢”污染耕地1000萬(wàn)hm2，受污水灌溉污染的農(nóng)田面積330萬(wàn)hm2；我國(guó)每年因重金屬污染而減產(chǎn)糧食超過(guò)1000萬(wàn)t，另外被重金屬污染的糧食每年也多達(dá)1200萬(wàn)t，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失合計(jì)至少為200億元[5]。因此，如何有效減少重金屬在糧食作物中的富集和累積，從而保障農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)和環(huán)境科學(xué)交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

目前，通過(guò)以下幾條途徑可以有效降低土壤重金屬污染對(duì)人類(lèi)健康的潛在威脅[6-7]。一是采用物理化學(xué)和工程修復(fù)等手段來(lái)治理土壤重金屬污染在此背景下，盡管其治理效果好，但這些手段一般成本極高且容易造成二次污染，對(duì)土壤的干擾大，一般僅適用于修復(fù)小面積的嚴(yán)重重金屬污染的土壤。近年來(lái)，植物修復(fù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)[8-9]。盡管與傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為是綠色、廉價(jià)且對(duì)環(huán)境無(wú)干擾的原位修復(fù)技術(shù)，但其卻因超積累植物生物量小且修復(fù)周期過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)難以實(shí)際推廣[10-12]。鑒于我國(guó)實(shí)際國(guó)情，將大面積中輕度污染農(nóng)田停止農(nóng)作，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的植物修復(fù)或其它成本昂貴工程修復(fù)顯然是不現(xiàn)實(shí)的。二是通過(guò)篩選和培育重金屬污染預(yù)防品種(pollution-safe cultivars, PSCs)，即篩選和培育具有低吸收、低積累土壤中重金屬特征的農(nóng)作物或作物品種，使其可食部位的重金屬含量低于相關(guān)食品安全標(biāo)準(zhǔn)的最大允許值(MPC)，從而保證農(nóng)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)[6,13-16]。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在篩選和培育具有重金屬低積累特性的污染預(yù)防品種方面已經(jīng)進(jìn)行了較為廣泛的研究[17]，但對(duì)于該領(lǐng)域研究工作的綜述還鮮見(jiàn)報(bào)道。本文從重金屬污染預(yù)防品種的定義、理論基礎(chǔ)、可能機(jī)理以及篩選和培育現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了綜述，并對(duì)下一步研究工作提出了展望，以期為重金屬污染預(yù)防品種篩選和培育的深入研究提供一定參考。

1 污染預(yù)防品種的定義

污染預(yù)防品種(pollution-safe cultivars, PSCs)是指該品種即便種植于污染環(huán)境中，其可食部位積累的特定污染物仍低于食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足安全食用[13]。Yu等(2006)通過(guò)對(duì)43個(gè)水稻(Oryza sativa L.)品種在春季和夏季種植于低 Cd(1.75~1.85 mg·kg-1)污染土壤中的籽粒 Cd含量的研究發(fā)現(xiàn) 30種水稻品種可視為Cd污染預(yù)防品種(Cd-PSCs)，并且兩季節(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中籽粒Cd含量存在極顯著正相關(guān)(P<0.01)，從而表明水稻籽粒Cd積累受基因型控制，在一定水平Cd污染土壤篩選Cd污染預(yù)防品種是可行的[13]。此外，有些研究者使用低積累植物或品種(low accumulators or cultivars with low accumulation)的概念，認(rèn)為低積累植物或品種能夠限制重金屬的在地上部的吸收和富集，從而能夠降低重金屬對(duì)人類(lèi)的風(fēng)險(xiǎn)[17-18]。還有學(xué)者使用排異植物(excluders)的概念，認(rèn)為排異植物是指能在重金屬污染土壤上正常生長(zhǎng)，植物地上部及根部含量均較低，或根部重金屬含量雖較高但地上部重金屬含量較低的植物，但是一旦土壤污染物濃度超過(guò)了一定閾值，該植物的排異機(jī)理將無(wú)法繼續(xù)限制污染物向地上部的轉(zhuǎn)移[19-21]。事實(shí)上，污染安全品種、低積累品種與排異植物所表達(dá)的內(nèi)涵具有一定的相同點(diǎn)，其最重要的特征就是植物體內(nèi)尤其是可食部位重金屬含量較低，但具體規(guī)定排異植物和低積累品種的量化指標(biāo)尚具有一定的難度，這是因?yàn)橹参飳?duì)重金屬的積累量最低可以達(dá)到檢測(cè)不出的水平。因此，本文認(rèn)為對(duì)于污染土壤中農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)而言，污染預(yù)防品種這一概念更為形象和具有針對(duì)性，并將之前研究者對(duì)于低積累品種和排異植物的相關(guān)研究成果也納入本綜述。

2 污染預(yù)防品種的理論基礎(chǔ)

2.1 植物重金屬積累的種間差異

植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的種間差異早已被證實(shí)[22]。大量研究發(fā)現(xiàn)，作物種間對(duì)重金屬的吸收和積累也存在明顯差異。已有研究表明在田間小區(qū)試驗(yàn)條件下，無(wú)論是低劑量(土壤中添加量Cd = 0.5 mg·kg-1)還是高劑量(添加量Cd = 1.5 mg·kg-1)，籽粒中Cd含量均表現(xiàn)為小麥(Triticum aestivum L.) >水稻>大豆(Glycine max L.) >玉米(Zea mays L.)[23]。Wang 等(2006)通過(guò)研究6種蔬菜對(duì)Cd和Pb的富集吸收能力發(fā)現(xiàn)，葉菜類(lèi)蔬菜(大白菜(Brassica pekinesis L.)、青菜(Brassica chinensis L.)和蕹菜(Ipomoea aquatica Forsskal))比非葉菜類(lèi)蔬菜(絲瓜(Luffa cylindrica Roem.)、茄子(Solanum melongena L.)和豇豆(Vigna sinensis L.))具有較高的富集系數(shù)(Cd和Pb的總量)，表明葉菜類(lèi)蔬菜比非葉菜類(lèi)蔬菜更容易吸收土壤中的 Cd和 Pb[24]。與之相似，Alexander等(2006)對(duì)6種常見(jiàn)蔬菜(每種蔬菜5個(gè)品種)吸收Cd、Cu、Pb和Zn的研究表明，在幾個(gè)污染梯度中，不同蔬菜對(duì)重金屬元素的吸收存在顯著差異。與別的蔬菜相比，豆科蔬菜表現(xiàn)為低積累植物，根菜類(lèi)蔬菜(傘形科和百合科)表現(xiàn)為中等積累蔬菜，而葉菜類(lèi)蔬菜(菊科和藜科)表現(xiàn)為高積累蔬菜[25]。汪雅谷等(1985)用富集系數(shù)(即蔬菜中某污染物含量占土壤中該污染物含量的百分率)來(lái)評(píng)價(jià)蔬菜對(duì)重金屬Cd的吸收能力：第1類(lèi)是低富集蔬菜(富集系數(shù) < 1.5%)，包括黃瓜(Cucumis sativus L.)、豇豆、冬瓜(Benincasa hispida Cogn.)等。第2類(lèi)是中富集的蔬菜(富集系數(shù)< 4.5%)，包括萵苣(Lactuca sativa L.)、蘿卜(Raphanus sativus L.)、蔥(Allium fistulosum L.)、番茄(Lycopersicon esculentum Miller.)等。第3類(lèi)是高富集的蔬菜(富集系數(shù) > 4.5%)，包括菠菜(Spinacia oleracea L.)、芹菜(Apium graveolens L.)、小白菜等(Brassica chinensis L.)[26]。Arthur 等(2000)根據(jù)體內(nèi)Cd的積累量把植物分為：低積累型–豆科(大豆、豌豆(Pisum sativum L.))；中等積累型–禾本科(水稻、小麥、玉米、高粱(Sorghum vulgare L.))、百合科(洋蔥(Allium cepa L.)、韭(Allium odorum L.))、葫蘆科(黃瓜、南瓜(Cucurbita moschata Duch.))、傘形科(胡蘿卜(Daucus carota L.)、歐芹(Petroselinum crispum(Mill.) Hill))；高積累型–十字花科(油菜(Brassica campestris L.)、蘿卜、蕪菁(Brassica rapa L.))、黎科、茄科(蕃茄、茄子)、菊科(萵苣)[27]。

2.2 作物重金屬積累的種內(nèi)差異

植物在吸收和富集重金屬能力上，不僅表現(xiàn)出顯著的種間差異，也表現(xiàn)出了顯著的種內(nèi)差異即基因型差異[17]。Liu等(2009; 2010)采用盆栽試驗(yàn)和大田試驗(yàn)，研究了不同大白菜基因型對(duì)Cd和Pb的積累特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不在3種Cd處理下(1.0, 2.5和5.0 mg·kg-1)，大白菜 Cd含量差異顯著(P < 0.05)，其含量濃度范圍分別為(mg·kg-1) 0.22~2.46、0.90~14.1和2.03~18.01，其平均值分別為0.79、3.76和 6.79 mg·kg-1；在土壤 Pb含量為 500和 1500 mg·kg-1時(shí)，大白菜地上部對(duì)Pb的吸收存在顯著差異(P< 0.05)，其 Pb濃度的范圍分別為(mg·kg-1)：0.52~8.68和1.86~16.2，其平均值分別為3.01和6.87 mg·kg-1[6-7,21,28-29]。Zhu 等(2007)通過(guò)盆栽試驗(yàn)和大田試驗(yàn)調(diào)查了24個(gè)長(zhǎng)豇豆(Vigna unguiculata subsp.Sesquipedalis L., family Fabaceae)品種對(duì)Cd的吸收能力，兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果均表明供試長(zhǎng)豇豆的根、莖、葉和果實(shí)對(duì)Cd的吸收均存在顯著的品種差異，其差異主要依賴于不同品種內(nèi)的基因差異;與紅種皮和有斑點(diǎn)的種皮的長(zhǎng)豇豆品種相比較，具有黑種皮的長(zhǎng)豇豆品種具有顯著低的果實(shí) Cd積累量[14]。Li等(1995)報(bào)道，將 9個(gè)主要商品雜交向日葵(Helianthus annuus L.)種植于美國(guó)北達(dá)科他和明尼蘇達(dá)的非重金屬污染區(qū)，籽粒Cd含量存在顯著差異，其值在0.79~1.17 mg·kg-1間[30-31]。種植于重金屬污染的土壤，13個(gè)油菜品種對(duì)Cd的積累明顯不同，地上部最高與最低含量差異達(dá)18倍左右(王激清等, 2003)[32]。曾翔等(2006)采用盆栽土培法研究7個(gè)類(lèi)型共46種水稻糙米含Cd量的差異，結(jié)果表明不同水稻品種糙米含Cd量差異顯著。在土壤含Cd量為2 mg·kg-1時(shí)，46種水稻糙米含Cd量變化范圍為0.428 ~ 2.558 mg·kg-1。7種類(lèi)型水稻糙米含Cd量從高到低依次為特種稻、常規(guī)早秈稻、三系雜交晚稻、兩系雜交晚稻、常規(guī)晚秈稻、常規(guī)粳稻、爪洼稻[33]。與之相似，其他研究者對(duì)水稻富集重金屬基因型差異的研究也得出了類(lèi)似的結(jié)論[34-38]。此外，已有研究結(jié)果表明小麥[39-40]、大麥(Hordeum vulgare L.)[18,41-42]、玉米[43]和花生(Arachis hypogaea L.)[44]等作物不同基因型積累與分布重金屬存在顯著差異。

3 植物積累重金屬的差異及響應(yīng)機(jī)理

3.1 植物吸收重金屬的差異

不同植物對(duì)重金屬的吸收和積累不盡相同。其中，對(duì)人類(lèi)健康影響最為嚴(yán)重的并非植物整體重金屬的含量，而主要是其可食部位的重金屬含量[17]。Harris等(1981)報(bào)道稱植物對(duì)重金屬的低吸收而非內(nèi)在分配的差異是引起植物積累重金屬存在基因型差異的原因[45]。Solt等(2003)也認(rèn)為硬質(zhì)小麥籽粒中Cd的含量高于普通小麥籽粒的Cd含量主要原因在于硬質(zhì)小麥對(duì)Cd具有更高的吸收能力[46]。植物根系是重金屬進(jìn)入植物的門(mén)戶，根系的形態(tài)、生理活性及根系微生物等都會(huì)影響植物對(duì)重金屬的吸收[47]。植物根系能分泌有機(jī)酸、糖類(lèi)、氨基酸及其它次生代謝物質(zhì)，根系分泌物通過(guò)與土壤重金屬絡(luò)合、鰲合、沉淀及改變根際環(huán)境而影響土壤中重金屬的有效性[48]。據(jù)報(bào)道，小分子根系分泌物可通過(guò)配合陽(yáng)離子，作為Cd和Pb在根中移動(dòng)的載體促進(jìn)根系對(duì) Cd和 Pb的吸收及向地上部運(yùn)輸[49]。Cieslinski(1998)等研究表明，小麥高積累Cd品種與低積累Cd品種相比，根際土壤中低分子量有機(jī)酸的含量顯著提高，植物組織中Cd的積累量與根際土壤中低分子量有機(jī)酸的含量成正比[50]。Liu等(2007)研究結(jié)果也表明植物不同品種對(duì) Cd吸收的差異主要在于其根系分泌的低分子量有機(jī)酸的差異[51]。

3.2 植物轉(zhuǎn)運(yùn)和分配重金屬的差異

不同植物對(duì)重金屬的在其體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配等環(huán)節(jié)上存在差異重金屬在植物體內(nèi)的分布的受根系吸收重金屬通過(guò)木質(zhì)部轉(zhuǎn)運(yùn)至莖部以及通過(guò)木質(zhì)部和韌皮部從莖部轉(zhuǎn)運(yùn)至可食部位等環(huán)節(jié)的影響[52]。Florijin和Van Beusichem(1993)研究認(rèn)為，與根系的吸收能力相比，植物籽粒的Cd含量在更大程度上取決于Cd在植物體內(nèi)的分配[53]。與之相似，Dunbar 等(2003)認(rèn)為Cd在植物體內(nèi)運(yùn)輸和分配差異而非吸收差異是導(dǎo)致Cd在植物可食部位低積累的主要原因[54]。Sugiyama等(2007)將具有高積累Cd的砧木根部和低積累Cd的大豆基因型的莖部嫁接組合，其研究結(jié)果表明大豆籽粒中的Cd含量明顯降低，從而證明大豆籽粒中的低Cd含量與砧木根部的高含量有關(guān)，其原因在于砧木根部大量富集Cd并且限制其向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)[55]。其他學(xué)者的研究結(jié)果也表明，一些植物盡管對(duì)重金屬有較強(qiáng)的吸收能力，但其對(duì)重金屬?gòu)母档角o部以及花和果實(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)具有阻礙作用，從而果實(shí)中的重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于根部的重金屬含量[56-57]。Liu等(2010)的最新研究結(jié)果也表明大白菜對(duì)Cd和Pb的積累主要在根部，而向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)的較少，其所篩選到的大白菜污染預(yù)防品種均在很大程度上限制了Cd和Pb向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)[6-7]。有學(xué)者認(rèn)為不同作物品種植株內(nèi)Cd和Pb分配的差異與Cd和Pb在植株各器官及細(xì)胞中的分布和存在形態(tài)有關(guān)，可溶性Cd和Pb復(fù)合物的形成有利于Cd合Pb在植物體內(nèi)的運(yùn)輸[58-59]。

3.3 植物對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)

不同生物體對(duì)重金屬脅迫有不同的響應(yīng)機(jī)制，而且重金屬本身對(duì)作物不同品種的生理功能的影響也不同。因此，植物對(duì)重金屬的響應(yīng)途徑的差異導(dǎo)致了不同植物積累重金屬的差異[60]。而植物對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)機(jī)制主要包括以下幾個(gè)方面：①細(xì)胞壁的沉淀。細(xì)胞壁是重金屬離子進(jìn)入植物體內(nèi)的第一道屏障，它的沉淀作用可能是一些植物耐重金屬的原因，這種作用阻止重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞原生質(zhì)，從而避免其受傷害。細(xì)胞壁對(duì)重金屬沉淀作用的主要原因是，細(xì)胞壁上的一些帶負(fù)電的基團(tuán)對(duì)陽(yáng)離子有吸附作用[19]。②減少對(duì)離子的吸收。如 De Vos等(1992)對(duì)麥瓶草屬(Silene conoidea)植物的研究表明，其耐性細(xì)胞內(nèi)積累的速度明顯低于敏感植物[61]。③重金屬在植物體內(nèi)的區(qū)域化分布。在植物細(xì)胞內(nèi)，重金屬也可以通過(guò)分布于細(xì)胞的特定區(qū)域如液泡等，降低原生質(zhì)中的含量，達(dá)到解毒的效果。比如，庭芥屬植物Alyssum serpyllifolium，用Ni處理時(shí)，72%的 Ni分布在液泡中[62]。④重金屬進(jìn)入植物體內(nèi)后，植物通過(guò)有機(jī)酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、多肽等有機(jī)物結(jié)合重金屬以達(dá)到解毒的目的[19]。

4 重金屬污染預(yù)防品種的篩選和培育現(xiàn)狀及展望

為滿足農(nóng)業(yè)食品的安全生產(chǎn)和出口創(chuàng)匯，自上世紀(jì) 90年代以來(lái)，一些國(guó)家相繼開(kāi)展了篩選和培育具有低積累重金屬特性的污染預(yù)防品種的研究。如美國(guó)在食用亞麻、加拿大在硬粒小麥和食用亞麻(Linum usitatissimum L.)、澳大利亞在小麥和馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)等[30-31]。迄今為止，通過(guò)育種途徑來(lái)降低作物Cd積累量己在向日葵和硬粒小麥取得較大進(jìn)展，為降低Cd積累量、提高市場(chǎng)竟?fàn)幜ζ鸬揭欢ㄗ饔?，同時(shí)也提供了一條在Cd污染土壤上持續(xù)生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)、有效途徑[63]。硬粒小麥 Cd低積累品種的篩選 1992年始于加拿大。最初的工作是對(duì)加拿大國(guó)內(nèi)品種和品系的 Cd積累差異進(jìn)行研究，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)基因型間籽粒Cd含量差異不明顯，然而品種Hercules及以其為親本選育成功的 Arcola與其它基因型間有明顯差異。以后從其他國(guó)家引進(jìn)基因型進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明基因型間Cd積累存在明顯差異[63]。近年來(lái)，為了降低農(nóng)作物可食部位中Cd和Pb含量，實(shí)現(xiàn)在中輕度 Cd和 Pb污染的土壤上生產(chǎn)低于FAO/WHO和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的安全食品，我國(guó)也相繼開(kāi)展了一系列的研究工作，通過(guò)對(duì)水稻、大白菜、小麥和大麥等作物的系統(tǒng)研究，篩選到了相應(yīng)的重金屬污染預(yù)防品種，從而為我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和食品安全提供了有力保障[6-7,38-41]。

遺傳學(xué)研究表明，硬粒小麥低Cd積累的性狀是由單基因控制的[64-65]，并且Cd積累量這一性狀被證明有較高的可遺傳性，即基因控制明顯強(qiáng)于環(huán)境因子影響，這為Cd低積累基因型的選育奠定了基礎(chǔ)。加拿大現(xiàn)已從世界各地和國(guó)際干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究中心(ICARDA)收集的基因型中篩選獲得許多籽粒 Cd含量是一般品種30%~60%的品系，且研究表明硬粒小麥等基因系籽粒中Cd低含量可能與其根系中較低的Cd吸收量有關(guān)[63]。Clarke等(1997)研究表明，葉片和籽粒中的Cd含量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明這兩個(gè)性狀可能是由同一基因控制的，同時(shí)研究表明，籽粒中較低的Cd含量是由于根系的吸收量低或從根系至地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)率較低[64-65]。目前，硬粒小麥Cd高積累和低積累的近等基因型己在研究中，有一些品種已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)，并取得了滿意效果，這證實(shí)了Cd低積累品種有望在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，從而生產(chǎn)出Cd含量較低的產(chǎn)品[63]。

相對(duì)于其它修復(fù)技術(shù)而言，篩選和培育重金屬污染預(yù)防品種從而滿足農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)更具有可行性和可操作性。其原因在于：(1)世界范圍內(nèi)存在種類(lèi)繁多的作物種，如大麥、小麥、水稻、玉米、大豆、大白菜等，而且每一種作物通常還有很多基因型或栽培變種，這為污染預(yù)防品種的篩選提供了可行性；(2)污染預(yù)防品種的篩選和鑒定程序簡(jiǎn)單易行，而且篩選到的污染預(yù)防品種可以直接在當(dāng)?shù)赝茝V應(yīng)用，相對(duì)于轉(zhuǎn)基因作物更具有可操作性，并且無(wú)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；(3)一些研究均表明，作物品種間和品種內(nèi)在吸收和富集重金屬方面存在顯著的差異[6-7,17]，這也為篩選和培育重金屬污染預(yù)防品種提供了理論依據(jù)。盡管重金屬污染預(yù)防品種的篩選和培育可以有效降低農(nóng)作物可食部位的重金屬含量，從而保障了農(nóng)業(yè)土壤的可持續(xù)利用和食品安全，但該項(xiàng)工作尚有一些不足之處，在很大程度上限制了其發(fā)展。(1)重金屬污染預(yù)防品種的篩選和培育需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成，一般至少需要3~5年的時(shí)間。據(jù)日本研究者估計(jì)，篩選和培育一種低積累重金屬水稻需要5~10年的時(shí)間方能完成[66]；(2)準(zhǔn)確測(cè)定植物與土壤(或其它介質(zhì))內(nèi)重金屬的含量，是確保作物重金屬積累基因型差異研究及低重金屬積累基因型篩選準(zhǔn)確性和可靠性的首要和必備條件。原子吸收光譜儀和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP)等先進(jìn)儀器的應(yīng)用為此提供了有力支撐[17,62]。但這些化學(xué)分析法相當(dāng)昂貴，且在樣品處理如研磨和分析時(shí)用以產(chǎn)生樣品污染；(3)目前重金屬污染預(yù)防品種的篩選主要針對(duì)重金屬單一污染進(jìn)行，篩選到的Cd污染預(yù)防品種可能對(duì)其他污染物(如Pb和Zn)的吸收超標(biāo)。而且，植物對(duì)Cd的吸收也受土壤中Pb和Zn含量的影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素的積累產(chǎn)生一定影響。因此，這些因素都在一定程度上限制了重金屬污染預(yù)防品種的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。今后，還需要大量深入的研究工作來(lái)進(jìn)一步完善重金屬污染預(yù)防品種的篩選和培育，從而促進(jìn)其推廣應(yīng)用。

污染預(yù)防品種的篩選和培育對(duì)于當(dāng)前大面積的重金屬中、輕程度污染農(nóng)田的可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)食品安全無(wú)疑具有重大的推動(dòng)作用，鑒于目前的研究進(jìn)展，今后有望從以下諸多方面進(jìn)一步展開(kāi)較為深入的研究工作。

1）植物對(duì)重金屬的吸收和積累除受基因型控制外，環(huán)境因素也在很大程度上影響植物重金屬在植物中的積累，如植物吸收和累計(jì)重金屬受土壤pH值、CEC、土壤有機(jī)質(zhì)含量和Cl-含量等因素的影響[6,17]。因此，對(duì)于當(dāng)前篩選到的污染預(yù)防品種，可以通過(guò)調(diào)控土壤環(huán)境(如pH值)的方法，通過(guò)施用土壤鈍化劑，更為有效的利用篩選到的重金屬污染預(yù)防品種，在中輕程度污染的農(nóng)業(yè)土壤實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2）建立和完善重金屬污染預(yù)防品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)。Liu等(2009, 2010)建議污染預(yù)防品種的篩選標(biāo)準(zhǔn)至少應(yīng)包括以下四個(gè)方面[6-7,21]：(1)該植物的地上部和根部的重金屬含量都很低或者可食部位低于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，盡管其它部位可能含量較高；(2)該植物的富集系數(shù)(bioaccumulation factors, BFs)小于1.0，即植物體內(nèi)重金屬濃度低于土壤中重金屬濃度；(3)該植物的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(translocation factors, TFs)小于 1.0，即植物吸收的重金屬主要累積在根部，向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)較少；(4)該植物具有較高的耐性，在較高的重金屬污染下能夠正常生長(zhǎng)且生物量無(wú)顯著下降。該標(biāo)準(zhǔn)具有一定的指導(dǎo)意義，但尚需進(jìn)一步的研究工作加以完善和細(xì)化。

3）隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 DNA標(biāo)記技術(shù)(Random amplified polymorphic DNA, RAPD)在尋找與Cd低積累基因連鎖的的分子標(biāo)記的應(yīng)用，使Cd污染預(yù)防品種的早期選擇成為可能[67]。近年來(lái)由于分子生物學(xué)的進(jìn)步，一些研究者正利用 T-DNA和轉(zhuǎn)座子遺傳標(biāo)簽試圖獲得與重金屬代謝有關(guān)的基因突變體，最終達(dá)到有益功能基因的解析與轉(zhuǎn)移，即從轉(zhuǎn)基因技術(shù)上解決有毒重金屬的污染問(wèn)題。如馮斌等(2000)把中國(guó)倉(cāng)鼠的屏蔽基因，即將重金屬排出的基因轉(zhuǎn)導(dǎo)到十字花科作物蕪菁體內(nèi)后，這種轉(zhuǎn)基因作物可將土壤中的Cd留在根部，阻止其到達(dá)莖、葉和果實(shí)等部位[68]。這些研究對(duì)于從分子水平上明確作物重金屬的吸收與積累以及育成理想的作物品種無(wú)疑具有重大推動(dòng)作用。但目前這方面的研究還不夠深入和系統(tǒng)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)分子生物學(xué)方面的研究工作。此外，盡管轉(zhuǎn)基因作物在低積累重金屬方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是特異基因的生理特性及不同植物中相關(guān)基因的功能需要進(jìn)一步研究。

4）對(duì)于污染預(yù)防品種可食部位低積累重金屬的機(jī)理尚需進(jìn)一步深入研究。盡管目前研究表明，植物對(duì)重金屬的吸收主要受基因調(diào)控，目前污染預(yù)防品種存在的兩個(gè)可能機(jī)理是植物對(duì)重金屬的低吸收以及植物根部對(duì)重金屬高吸收但限制其向可食部位轉(zhuǎn)運(yùn)，但對(duì)于何種機(jī)理在起主導(dǎo)作用尚存在一定爭(zhēng)議。另外，其低積累重金屬機(jī)理也可能與不同作物品種有關(guān)。因此，利用分子生物學(xué)技術(shù)，篩選污染預(yù)防品種的低積累重金屬的調(diào)控基因，深入研究其低積累機(jī)理并結(jié)合土壤環(huán)境調(diào)控技術(shù)將是今后有望取得較大突破的研究方向。

5）目前重金屬污染預(yù)防品種的篩選主要針對(duì)重金屬單一污染進(jìn)行，如篩選到的Cd污染預(yù)防品種是否適合復(fù)合污染土壤仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證，此外其對(duì)其他污染物(如Pb和Zn)的吸收是否超標(biāo)也是一個(gè)值得關(guān)注的課題。因此，在不同土壤類(lèi)型和環(huán)境下開(kāi)展多種重金屬元素的復(fù)合篩選將是今后的研究方向之一。

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