劉雅萍，王常榮，任興華，劉月敏，黃永春，劉仲齊，張長波

（1.天津城建大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，天津 300384；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部產(chǎn)地環(huán)境污染防控重點實驗室，天津 300191；3.湖南省湘潭市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 湘潭 411134）

Cd是我國農(nóng)田土壤中最常見的有害重金屬元素之一，其點位超標(biāo)率高達7%。Cd的水溶性較高，容易被水稻等農(nóng)作物的根系吸收后積累在籽粒中，并通過食物鏈進入人體。食用“Cd大米”造成的長期低劑量Cd暴露具有致癌、致畸和致突變的“三致”作用，嚴重威脅糧食安全生產(chǎn)和人體健康。近年來，污染農(nóng)田稻米Cd積累的阻控技術(shù)措施成為研究熱點，特別是葉面阻控技術(shù)，即通過在適當(dāng)時期噴施降Cd劑，抑制Cd向水稻籽粒的轉(zhuǎn)運并降低稻米Cd含量，與另一類常用的污染治理技術(shù)——土壤鈍化技術(shù)相比，具有效果穩(wěn)定、成本低和環(huán)境友好等優(yōu)勢。

研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施礦質(zhì)元素、小分子酸和離子螯合劑等能夠有效抑制水稻中Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運，降低稻米Cd含量。水稻自身營養(yǎng)器官也具有阻控Cd轉(zhuǎn)運的能力，能夠把大量的Cd固定在營養(yǎng)體的細胞壁中，或封存在液泡中，進而抑制Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運，其中Cd含量最高的營養(yǎng)器官是水稻的根系和節(jié)。同時，水稻細胞也能夠辨識必需元素和有害元素，并優(yōu)先轉(zhuǎn)運生長所必需的營養(yǎng)元素和礦質(zhì)元素。Cd是植物非必需元素，目前還沒有發(fā)現(xiàn)Cd轉(zhuǎn)運的專屬蛋白，有害元素Cd主要借助Mn和Zn等金屬陽離子轉(zhuǎn)運體，包括OsNramp5和OsHMA2等，通過“蹭車”的方式伴隨著礦質(zhì)元素進行跨膜運輸。因此，礦質(zhì)元素陽離子與Cd離子在通過共用通道膜蛋白進行跨膜轉(zhuǎn)運的過程中，互相之間存在著競爭性抑制作用。葉面噴施降Cd劑可以通過陽離子間的競爭性抑制及提高水稻不同營養(yǎng)器官的Cd攔截潛力和過濾功能等方式，降低稻米Cd污染風(fēng)險。

還原型谷胱甘肽（Glutathione，GSH）是生物體內(nèi)重要的抗氧化成分，能夠清除自由基，保護細胞免受氧化損傷，在生物體中起著多種重要作用。GSH含有的活性巰基（—SH）基團具有還原性和化學(xué)反應(yīng)活性，能夠與包括Cd在內(nèi)的重金屬離子形成不溶性的硫醇鹽，通過螯合作用降低重金屬毒性。同時，GSH也是植物螯合肽的合成底物，而植物螯合肽在水稻Cd運輸和區(qū)隔化過程中起重要作用。由此可見，內(nèi)源GSH在緩解水稻Cd毒性方面發(fā)揮著重要作用，而外源添加GSH也能夠提高生物體的抗氧化和重金屬解毒能力。有研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)液中外源添加GSH能夠緩解水稻Cd脅迫并降低水稻幼苗Cd含量，在盆栽土壤中添加GSH也能夠降低水稻籽粒中Cd含量。然而，利用田間試驗研究葉面噴施GSH對污染農(nóng)田水稻體內(nèi)不同器官中Cd和礦質(zhì)元素的影響及其相關(guān)性的研究還鮮見報道。本試驗在湖南污染稻田進行，研究開花期葉面噴施一次還原型GSH對水稻籽粒中Cd和礦質(zhì)元素含量的影響，評估將GSH作為水稻降Cd葉面調(diào)理劑的可行性，并通過檢測水稻營養(yǎng)器官中Cd和礦質(zhì)元素含量，分析不同元素在各器官間的轉(zhuǎn)移系數(shù)和相關(guān)性，明晰噴施GSH對水稻營養(yǎng)器官Cd攔截能力和轉(zhuǎn)運競爭性金屬陽離子的影響，探究GSH抑制水稻體內(nèi)Cd積累和轉(zhuǎn)運的作用機制，為GSH作為水稻降Cd葉面調(diào)理劑的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與試驗材料

本試驗地點位于湖南省湘潭市（27°52'N，112°51'E），主要氣候為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫18℃，年降水量1 423 mm。湘潭市是重要的礦冶和重工業(yè)基地，早期工業(yè)污染嚴重，造成農(nóng)田Cd污染直接影響水稻安全生產(chǎn)。市域內(nèi)為典型的低山丘陵地貌，降水充沛且水網(wǎng)復(fù)雜。試驗田土壤類型為水稻土，耕層土壤pH 5.6，有機質(zhì)含量70.0 g·kg，陽離子交換量9.4 cmol·kg，Cd含量0.6 mg·kg。本試驗水稻品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N華占，種子購于當(dāng)?shù)胤N子公司。還原型GSH購于上海阿拉丁生化科技有限公司，純度99%。

1.2 試驗方法

稱取適量的GSH溶于田間灌溉水，并加水稀釋至1.0 L，配制成0.5、5 mmol·L和10 mmol·LGSH水溶液。本試驗設(shè)置1個空白對照組和3個不同GSH濃度處理組，每組設(shè)置3個重復(fù)。田間試驗小區(qū)面積設(shè)定為5 m（2 m×2.5 m）。水稻于6月育秧，7月下旬移栽至稻田，9月下旬（開花期）在葉面均勻噴施不同濃度GSH。整個生育期無顯著病蟲害發(fā)生。

1.3 樣品的采集與處理

待水稻長到成熟期，在試驗田的小區(qū)中心選取噴施均勻的部分，隨機挖取4株完整植株，用田間灌溉水將根部清洗干凈，植株常溫曬干。參照張雅薈等的方法進行分樣，分別收集水稻的籽粒、穗軸、穗頸、旗葉、穗下節(jié)、第二節(jié)間、第二葉、第二節(jié)、基節(jié)、根和其他莖稈部分。將籽粒用礱谷機脫殼后磨成粉末，其余部位用剪刀剪碎后用萬能粉碎機磨粉。

1.4 Cd和礦質(zhì)元素的含量和轉(zhuǎn)移因子的測定和計算方法

分別稱取0.5 g籽粒粉末或0.25 g營養(yǎng)器官粉末于聚四氟乙烯消解管中，加入7 mL濃硝酸，搖勻，室溫下靜置過夜，然后于電熱消解儀（Digi Block ED54）上進行消解，110℃加熱2.5 h后冷卻至室溫，加入1 mL HO搖勻，110℃繼續(xù)加熱1.5 h，最后于170℃下趕酸至0.5 mL以內(nèi)，用去離子水稀釋并轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶內(nèi)過濾定容，用電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICPMS，Agilent 7500a，USA）測定樣品中Cd、K、Mg、Ca、Fe、Mn和Zn含量。在本研究中，籽粒元素測定的標(biāo)準樣品為TMQC0009（BBS-1大米），其他營養(yǎng)器官中元素含量測定的標(biāo)準樣品為GBW10020（GSB-11柑橘葉）。

水稻不同部位的元素含量分布反映其遷移能力，用轉(zhuǎn)移系數(shù)（Transfer factor，）來表示，=a器官元素含量/b器官元素含量，其中a器官和b器官為相鄰的水稻器官。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

利用Excel對數(shù)據(jù)進行處理并繪圖，分別對不同水稻器官中各元素的含量和轉(zhuǎn)移系數(shù)在不同處理組間的差異進行方差分析，采用GraphPad Prism 5驗證數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布后進行單因素方差分析（One-way ANOVA）和差異顯著性檢驗（Tukey，＜0.05），并對不同元素在不同器官中的含量進行相關(guān)性分析（Pearson）。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施GSH對水稻籽粒Cd含量的影響

田間試驗的稻田土壤為中輕度Cd污染土壤，葉面噴施GSH后水稻籽粒中Cd含量如圖1所示。以空白組水稻籽粒Cd含量（0.449 mg·kg）為對照，葉面噴施不同濃度GSH顯著降低了水稻籽粒Cd積累量，當(dāng)噴施濃度為0.5 mmol·L時，籽粒Cd含量下降48.5%；當(dāng)噴施濃度提高到5 mmol·L時，GSH的降Cd率隨之提高到76.5%，籽粒Cd含量下降至0.2 mg·kg以下，符合我國食品安全標(biāo)準；噴施濃度繼續(xù)提高至10 mmol·L并未顯著提高GSH的降Cd效果。

圖1 噴施GSH對水稻籽粒中Cd含量的影響Figure 1 Effects of foliar application of GSH on Cd contents in rice grains

2.2 葉面噴施GSH對水稻籽粒礦質(zhì)元素含量的影響

為了進一步探究葉面噴施GSH對稻米品質(zhì)的影響，對水稻籽粒中礦質(zhì)元素Mg、K、Ca、Mn、Fe和Zn的含量進行檢測，發(fā)現(xiàn)GSH處理在降低籽粒Cd含量的同時，不僅沒有抑制籽粒中礦質(zhì)元素的積累，反而在一定噴施濃度下能夠促進部分礦質(zhì)元素在籽粒中的積累。如圖2所示，水稻籽粒中礦質(zhì)元素含量的差異較大，其中含量最高的是K，其次是Mg和Ca，且遠高于Fe、Mn和Zn的含量。與空白對照組相比，葉面噴施0.5 mmol·LGSH對籽粒中K、Mg、Ca、Mn、Fe和Zn的含量無顯著影響；噴施5 mmol·LGSH后，籽粒中K、Mg、Ca和Mn含 量 均 顯 著 增 加，增 幅 分 別 達119.3%、154.3%、55.9%和44.8%，而Fe和Zn含量無顯著變化；噴施10 mmol·LGSH后，籽粒中K、Mg和Ca含量顯著提高，增幅分別達86.3%、101.6%和37.6%，而Fe、Mn和Zn含量無顯著變化。

圖2 噴施GSH對水稻籽粒中礦質(zhì)元素含量的影響Figure 2 Effects of foliar application of GSH on mineral element contents in rice grains

2.3 葉面噴施GSH對水稻不同營養(yǎng)器官Cd含量和轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

由圖3可知，水稻各營養(yǎng)器官對Cd的富集能力存在很大的差異，其中穗下節(jié)的Cd含量最高，可達7 mg·kg以上；其次是水稻其他節(jié)和根，Cd含量為5～6 mg·kg；其余部位Cd含量大多為1.5 mg·kg左右，由高到低依次順序是第二節(jié)間＞穗頸＞旗葉＞穗軸＞第二葉。其中，穗下節(jié)Cd含量是第二葉Cd含量的7倍左右，是相鄰營養(yǎng)器官Cd含量的2～5倍，由此可見，穗下節(jié)是水稻攔截Cd的重要營養(yǎng)器官。葉面噴施GSH不但能夠降低水稻籽粒Cd含量，同時還能降低各營養(yǎng)器官中的Cd含量。與空白對照組相比，GSH噴施濃度為0.5 mmol·L即可顯著降低水稻穗軸、穗頸、旗葉、穗下節(jié)、第二葉、第二節(jié)、第二節(jié)間、其他莖稈和基節(jié)的Cd含量，降幅分別可達58.8%、55.9%、63.3%、35.4%、65.3%、49.3%、55.6%、52.4%和41.6%，而對根Cd含量影響不顯著。當(dāng)濃度提高到5 mmol·L時，噴施GSH的降Cd效果進一步顯著提升，顯著降低了水稻各器官的Cd含量，穗軸、穗頸、旗葉、穗下節(jié)、第二葉、第二節(jié)、第二節(jié)間、其他莖稈、基節(jié)和根中Cd含量降幅分別為81.3%、83.4%、86.7%、79.6%、82.8%、81.8%、82.4%、84.7%、73.2%和68.8%。與噴施濃度5 mmol·L相比，GSH濃度為10 mmol·L時，水稻各器官Cd含量無顯著變化，即上述兩種噴施濃度下GSH的降Cd效果無顯著差異。綜上，葉面噴施GSH能夠有效降低水稻各營養(yǎng)器官中的Cd含量，當(dāng)噴施濃度為5 mmol·L時，GSH對水稻營養(yǎng)器官的降Cd效果即可達到較高水平。

圖3 噴施GSH對水稻各器官中Cd含量的影響Figure 3 Effects of foliar application of GSH on Cd contents in rice organs

水稻不同部位的Cd含量分布反映其遷移能力，為了進一步探究葉面噴施GSH的降Cd作用機制，本試驗分析了Cd在水稻各營養(yǎng)器官間的轉(zhuǎn)移系數(shù)（圖4）。與空白對照組相比，葉面噴施GSH顯著提高了，降低了和，對其他器官間轉(zhuǎn)移系數(shù)無顯著影響，即噴施GSH促進了Cd從第二節(jié)間向穗下節(jié)的轉(zhuǎn)運，同時抑制了Cd從穗下節(jié)向穗頸和旗葉的轉(zhuǎn)運。當(dāng)GSH噴施濃度為0.5 mmol·L時，增加了46.2%，即Cd從第二節(jié)間向穗下節(jié)的轉(zhuǎn)運增加了近二分之一；同時，降低了31.2%，降低了44.5%，即Cd從穗下節(jié)向上到穗頸的轉(zhuǎn)運降低了近三分之一，從穗下節(jié)到旗葉的轉(zhuǎn)運降低了近二分之一。由此可見，葉面噴施適當(dāng)濃度的GSH，能夠促進Cd從相鄰下部節(jié)間向穗下節(jié)的轉(zhuǎn)運，同時抑制Cd從穗下節(jié)向旗葉以及繼續(xù)向上到穗頸的轉(zhuǎn)運，進而提高穗下節(jié)對Cd的固定攔截能力。

圖4 噴施GSH對水稻不同器官Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響Figure 4 Effects of GSH application on TF of Cd in rice organs

2.4 葉面噴施GSH對水稻不同營養(yǎng)器官礦質(zhì)元素含量和轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

由表1可見，不同礦質(zhì)元素在水稻穗軸、穗頸、穗下節(jié)、旗葉和第二節(jié)間的分布規(guī)律差異很大，大量元素K在穗頸、穗下節(jié)和第二節(jié)間中的含量較高（＞30 g·kg），大量元素Ca在旗葉中的含量較高（＞4 g·kg），大量元素Mg在穗下節(jié)和第二節(jié)間中的含量較高（＞2 g·kg），微量元素Mn在旗葉和穗下節(jié)中的含量較高（＞600 mg·kg），微量元素Fe和Zn在穗下節(jié)中的含量較高（＞300 mg·kg）。葉面噴施GSH后，不同器官中不同礦質(zhì)元素含量變化趨勢不同，穗軸、穗頸、穗下節(jié)、旗葉和第二節(jié)間中Mg、Mn和Zn含量均降低，Mg的最大降幅分別可達32.6%、34.8%、25.4%、27.7%和41.6%，Mn的最大降幅分別可達36.9%、26.4%、25.7%、33.8%和42.6%，Zn的最大降幅分別可達50.9%、39.5%、45.2%、44.3%和70.7%；旗葉和第二節(jié)間中Ca含量降低，降幅最大可達23.4%和28.8%；穗頸、旗葉和第二節(jié)間中Fe含量降低，降幅可達52.5%、25.6%和57.2%；穗下節(jié)和旗葉中K含量降低，降幅可達21.2%和38.7%；而穗軸和第二節(jié)間中K含量增加，增幅可達11.5%和23.0%。

表1 噴施GSH對水稻器官中礦質(zhì)元素含量的影響（mg·kg-1）Table 1 Effects of GSH foliar application on mineral element contents in rice organs（mg·kg-1）

進一步對礦質(zhì)元素在水稻籽粒、穗軸、穗頸、穗下節(jié)、旗葉和第二節(jié)間之間的轉(zhuǎn)運情況進行分析，用轉(zhuǎn)移系數(shù)來表示，結(jié)果如圖5所示。與Cd相似，水稻中Mg和Zn從穗軸向籽粒的轉(zhuǎn)移系數(shù)較高，而噴施GSH能夠促進除Fe以外其他元素從穗軸向籽粒的轉(zhuǎn)運。水稻中K從穗下節(jié)向穗頸的轉(zhuǎn)移系數(shù)最高，Zn的最低（0.191）且與Cd（0.205）相近，噴施GSH進一步促進了K從穗下節(jié)向穗頸的轉(zhuǎn)運，同時抑制了Fe和Cd的轉(zhuǎn)運。與Cd相似，水稻中Ca、Fe和Zn從第二節(jié)間向穗下節(jié)的轉(zhuǎn)移系數(shù)均高于2，噴施不同濃度GSH能夠抑制K從第二節(jié)間向穗下節(jié)的轉(zhuǎn)運，同時促進了其他幾種元素的轉(zhuǎn)運。水稻中Zn從穗下節(jié)到旗葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)（0.094）最低，其次是Cd（0.227），其他幾種元素的轉(zhuǎn)移系數(shù)都高于Cd。與Cd相同，噴施不同濃度GSH能夠顯著抑制K和Zn從穗下節(jié)到旗葉的轉(zhuǎn)運。由此可見，噴施GSH提高了Zn從第二節(jié)間向穗下節(jié)的轉(zhuǎn)移系數(shù)，增幅為134.4%，降低了Zn從穗下節(jié)向旗葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)，降幅為32.2%，最終提高了穗下節(jié)對Zn的固定能力。

圖5 噴施GSH對水稻器官各元素轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響Figure 5 Effects of GSH application on TF of mineral elements in rice organs

對噴施GSH直接接觸的水稻營養(yǎng)器官中不同礦質(zhì)元素含量與Cd含量進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。在水稻穗軸、穗頸、穗下節(jié)、旗葉、第二節(jié)間、第二節(jié)和第二葉中，空白對照組和噴施不同濃度GSH處理組的Zn含量與Cd含量均呈顯著正相關(guān)，且Pearson相關(guān)系數(shù)均高于0.8（＜0.001），為極強相關(guān)。而Mn、Fe、Ca、Mg和K的含量在某些營養(yǎng)器官中也與Cd含量具有不同程度的顯著相關(guān)性。綜合分析GSH噴施處理所有水稻營養(yǎng)器官中6種礦質(zhì)元素，其中Zn含量與Cd含量的Pearson相關(guān)系數(shù)最高，為0.809（＜0.001），呈極顯著正相關(guān)。

表2 水稻器官中不同礦質(zhì)元素含量與Cd含量的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between mineral element content and Cd content in rice organs

3 討論

GSH是生物體內(nèi)非酶抗氧化系統(tǒng)的重要成分之一，廣泛分布于水稻各器官中，能夠清除非生物脅迫下產(chǎn)生的自由基以緩解氧化損傷，同時還易與重金屬通過巰基結(jié)合進而降低重金屬毒性。GSH生物安全性高、水溶性好、生產(chǎn)工藝成熟、成本低，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域。本研究發(fā)現(xiàn)，在開花期葉面噴施一次GSH即可顯著降低水稻籽粒Cd含量，適當(dāng)濃度的GSH能夠?qū)⒌久證d含量降低至我國食品安全標(biāo)準（0.2 mg·kg）范圍以內(nèi)，同時顯著增加稻米礦質(zhì)元素K、Mg、Ca和Mn的含量，提高了稻米的營養(yǎng)品質(zhì)。由此可見，將GSH作為葉面調(diào)理劑的主要成分應(yīng)用于Cd污染稻田糧食安全生產(chǎn)，具有很好的前景。

本研究在水稻開花期葉面噴施GSH，提高了水稻營養(yǎng)器官對Cd轉(zhuǎn)運的攔截能力，降低了水稻各部位Cd積累量。葉面噴施GSH后，除了與GSH直接接觸的器官（包括穗軸、穗頸、穗下節(jié)、旗葉、第二節(jié)間、第二節(jié)和第二葉），土壤中的水稻根系和基節(jié)中的Cd含量也顯著降低。深入分析水稻不同營養(yǎng)器官之間的Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)發(fā)現(xiàn)，葉面噴施GSH對水稻營養(yǎng)器官間的Cd轉(zhuǎn)運起到調(diào)控作用，顯著提高了Cd從第二節(jié)間到穗下節(jié)的轉(zhuǎn)移系數(shù)，并顯著抑制了Cd從穗下節(jié)到旗葉以及繼續(xù)向上到穗頸的轉(zhuǎn)運。GSH處理通過調(diào)控穗下節(jié)及與其相連營養(yǎng)器官之間的Cd轉(zhuǎn)運，提高了水稻自身主要Cd阻控器官——穗下節(jié)對Cd的攔截能力，進而有效地抑制營養(yǎng)體中Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運。水稻營養(yǎng)器官能夠把大部分Cd固定在細胞壁或封存在液泡中，通過營養(yǎng)器官對Cd的層層攔截，最終僅允許少量Cd積累在水稻籽粒中，特別是水稻的根和節(jié)，其是阻礙Cd進入籽粒的兩個關(guān)鍵營養(yǎng)器官，其中穗下節(jié)（頂端第一節(jié)）Cd隔離能力最強，在抑制Cd向籽粒轉(zhuǎn)運中發(fā)揮重要作用。水稻的節(jié)是發(fā)根、生葉、分蘗的活力中心，也是根、葉及分蘗的輸導(dǎo)組織的匯合處，細胞壁很厚。利用掃描電鏡檢測發(fā)現(xiàn)，水稻中Cd主要分布在節(jié)和節(jié)間維管束組織的細胞壁上。同時，水稻開花期穗下節(jié)組織中表達水平顯著提高的等基因可以有效降低穗軸和稻米中的Cd含量。由此可見，水稻穗下節(jié)的細胞壁結(jié)構(gòu)和膜蛋白水平對于阻控Cd向上轉(zhuǎn)運具有重要作用，噴施GSH調(diào)控水稻穗下節(jié)對Cd攔截能力的分子機制還有待深入研究。此外，植物螯合肽以GSH為底物進行合成，能夠與Cd等重金屬離子結(jié)合形成復(fù)合物，通過液泡膜上的ATP結(jié)合型轉(zhuǎn)運蛋白進入并隔離在液泡中，莖節(jié)的韌皮部細胞液泡能夠封存大量的植物螯合肽-重金屬復(fù)合物，從而阻控Cd等重金屬向籽粒中轉(zhuǎn)運。莖節(jié)中的穗下節(jié)是水稻Cd攔截的主要器官，葉面噴施GSH能夠提高穗下節(jié)對Cd轉(zhuǎn)運的阻控能力，是否與外源GSH作為底物促進植物螯合肽合成進而提高穗下節(jié)韌皮部Cd攔截能力有關(guān)，還有待深入研究。

Cd與金屬陽離子共用通道膜蛋白進行跨膜轉(zhuǎn)運，互相之間存在著競爭性抑制，因此，水稻不同器官間礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)運與Cd轉(zhuǎn)運密切相關(guān)。故本研究進一步分析了噴施GSH后Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著變化的關(guān)鍵器官，即穗下節(jié)及其相連營養(yǎng)器官（穗頸、第二節(jié)間和旗葉）中礦質(zhì)元素含量，發(fā)現(xiàn)GSH處理對各營養(yǎng)器官中不同礦質(zhì)元素的含量和分布的影響具有特異性。其中Mg、Mn和Zn在上述器官中的含量均顯著下降，與Cd變化情況相似，但Mg和Mn含量的降幅都遠低于Cd；Ca在穗軸、穗頸和穗下節(jié)中的含量及Fe在穗軸和穗下節(jié)中的含量均無顯著變化；噴施GSH降低了K在穗下節(jié)和旗葉中的含量，卻提高了K在穗軸和第二節(jié)間的含量。由此可見，噴施GSH對不同器官中不同礦質(zhì)元素含量的影響不盡相同，這很可能與不同元素在水稻中的轉(zhuǎn)運通道或轉(zhuǎn)運蛋白的特異性密切相關(guān)。深入分析礦質(zhì)元素在器官間的轉(zhuǎn)運規(guī)律發(fā)現(xiàn)，Zn從穗下節(jié)到穗頸及旗葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)最低，其次是Cd，二者相近且都遠高于其他礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)移系數(shù)；Zn、Ca和Fe從第二節(jié)間到穗下節(jié)的轉(zhuǎn)移系數(shù)均與Cd相近。因此，從水稻不同器官中元素含量分布特征來看，Zn與Cd的規(guī)律相似。此外，與Cd的情況相似，噴施GSH也提高了Zn從第二節(jié)間到穗下節(jié)的轉(zhuǎn)移系數(shù)，降低了Zn從穗下節(jié)到旗葉的轉(zhuǎn)移系數(shù)，增強了穗下節(jié)對Zn的攔截固定能力。進一步對水稻不同器官中不同礦質(zhì)元素含量與Cd含量進行相關(guān)性分析，也證實了Zn含量與Cd含量相關(guān)系數(shù)最高。由此可見，葉面噴施GSH不但抑制了水稻體內(nèi)Cd轉(zhuǎn)運積累，同時也影響了礦質(zhì)元素的含量和分布，特別是與Cd正相關(guān)性最高的Zn，推測噴施GSH對水稻Cd轉(zhuǎn)運的調(diào)控作用很可能與Zn共用轉(zhuǎn)運通道蛋白有關(guān)。截至目前，水稻體內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)Cd轉(zhuǎn)運的專屬蛋白，有害元素Cd主要通過選擇性低的陽離子通道進行跨膜轉(zhuǎn)運，特別是Zn與Cd的轉(zhuǎn)運密切相關(guān)，包括OsHMA2、OsLCT1和OsZIP3在內(nèi)的轉(zhuǎn)運蛋白，能夠共同影響水稻體內(nèi)Zn和Cd的轉(zhuǎn)運。有研究發(fā)現(xiàn)，施加降Cd劑能夠通過調(diào)控上述離子轉(zhuǎn)運蛋白的基因表達水平，緩解水稻Cd脅迫并抑制Cd吸收積累。然而GSH如何通過調(diào)控Zn與Cd共用轉(zhuǎn)運通道或其他非選擇性陽離子轉(zhuǎn)運通道，抑制水稻體內(nèi)Cd從營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)運，仍有待進一步研究。

綜上所述，噴施GSH不但能夠降低水稻各器官Cd含量，同時通過調(diào)控穗下節(jié)與其相連營養(yǎng)器官（穗頸、第二節(jié)間和旗葉）之間的Cd轉(zhuǎn)運，提高水稻自身主要Cd阻控器官——穗下節(jié)對Cd的攔截能力，進而抑制Cd在籽粒中的積累，GSH作為水稻降Cd葉面調(diào)理劑具有較好的應(yīng)用前景。此外，噴施GSH在抑制水稻Cd轉(zhuǎn)運的同時，也影響了礦質(zhì)元素的含量和在器官間的分布，其中Zn與Cd的相關(guān)性最高，為極顯著顯著正相關(guān)。

4 結(jié)論

（1）在水稻開花期葉面噴施GSH可以顯著降低籽粒中Cd含量，同時提高礦質(zhì)元素K、Mg、Ca和Mn的含量，但對Fe和Zn含量的影響不顯著。

（2）葉面噴施GSH顯著降低水稻各營養(yǎng)器官中Cd含量，同時促進了Cd從第二節(jié)間向穗下節(jié)的積累，抑制了Cd從穗下節(jié)向旗葉和穗頸的轉(zhuǎn)運，進而提高了水稻穗下節(jié)對Cd轉(zhuǎn)運的攔截作用。

（3）葉面噴施GSH同時影響了水稻穗軸、穗頸、穗下節(jié)、旗葉和第二節(jié)間等營養(yǎng)器官中礦質(zhì)元素的含量和轉(zhuǎn)移系數(shù)，其中Zn與Cd的相關(guān)性最高，為極顯著正相關(guān)。