《水稻鎘穩(wěn)定低積累品種篩選和鑒定技術規(guī)范（征求意見稿）》編制說明

《水稻鎘穩(wěn)定低積累品種篩選和鑒定編制組二零二四年十一月 11.1背景現(xiàn)狀 11.2標準制定必要性 11.3標準制定可行性 22.任務來源 23.編制過程 33.1收集資料（2023年1月至2月） 33.2組織申報（2023年3月至4月） 33.3標準立項（2023年5月至8月） 33.4標準編制（2023年9月至2024年8月） 33.5意見征求（2024年9月至11月） 34.主要內(nèi)容技術指標確立 44.1基本原則 44.2主要技術內(nèi)容 45.主要內(nèi)容及技術指標確定依據(jù) 45.1鎘低積累品種篩選參照品種的確定 45.2江蘇省鎘低積累主栽水稻品種篩選應用研究與驗證 55.2.1主栽品種間糙米Cd積累的差異顯著 55.2.2鎘低積累品種及參照品種復篩 75.3高低鎘積累水稻品種快速鑒定的分子標記篩選與驗證 85.3.1分子標記篩選與驗證 85.3.2數(shù)據(jù)校準與分子標記分析 85.4鑒定準確率分析 6.標準中如果涉及專利，應有明確的知識產(chǎn)權說明 107.與相關法律法規(guī)和標準的關系 現(xiàn)有相關標準的關系 錯誤！未定義書簽。8.采用國際標準或國外先進標準情況 129.重大分歧意見的處理過程和依據(jù) 10.貫徹標準的要求和推廣實施建議 1211.其他應當予以說明的事項 1212.起草單位及起草人員分工 12.1起草單位 12.2起草人員信息及分工 1我國耕地土壤環(huán)境總體狀況不容樂觀，局部地區(qū)鎘等重金屬污染問題尤為突出，危害農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全。水稻作為我國主要糧食作物，具有較強的吸收和累積鎘元素的能力。近年來，“鎘大米”等農(nóng)產(chǎn)品安全事件的頻發(fā)，不僅嚴重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也威脅著人民群眾的身體健康，成為社會廣泛關注的焦點。治理稻田重金屬污染是落實《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”保障國家糧食安全的重要行動之一。篩選和培育籽粒鎘低積累水稻品種，是中低鎘污染農(nóng)田安全生產(chǎn)的有效措施。水稻品種繁多，鎘積累能力的差異可達數(shù)十倍。通過田間試驗，從眾多品種中篩選出低鎘積累水稻品種是當前的主要手段，但由于土壤性質(zhì)、水分管理、種植方式及環(huán)境因素的影響，籽粒鎘含量變化大。為篩選穩(wěn)定鎘低積累的水稻品種，需進行多年、多點重復篩選及田間驗證。因此，提高篩選準確性并對品種鎘積累能力進行等級評定，是鎘低積累水稻品種篩選工作的關鍵所在。目前，江蘇省尚未發(fā)布鎘低積累作物品種選育與鑒定相關的地方標準?，F(xiàn)有的江蘇省地方標準《受污染耕地安全利用與治理修復技術指南（DB32/T4231-2022）》僅簡要推薦了一些適宜江蘇種植的重金屬相對低積累作物品種，但對品種篩選條件、積累特性及穩(wěn)定性等關鍵指標缺乏詳細說明。國家近年來出臺了一些標準，如《受污染耕地治理與修復導則(NY/T3499-2019)》和《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦技術目錄(2019年版)》(農(nóng)辦科〔2019〕14號)，僅簡要敘述了鎘低積累品種單一及綜合技術的適用范圍和使用方法，缺乏對于鎘低積累水稻品種內(nèi)涵的系統(tǒng)界定，缺少鎘低積累水稻品種鎘含量、基因型以及穩(wěn)定性等指標的界定標準及其評價方法。因此，急需制定指導性文件，規(guī)范鎘低積累作物品種篩選技術，彌補現(xiàn)有標準的不足。本標準以規(guī)范化、標準化、高效化為目標，從鎘低積累水稻品種的推廣應用角度出發(fā)，旨在解決篩選和評價方法不統(tǒng)一導致的降鎘效果不足、穩(wěn)定性差等問題，建立標準化的篩選體系，指導鎘低積累水稻品種推廣。2項目主持及參與單位長期從事生產(chǎn)技術指導與管理、科研教學及咨詢等工作，牽頭及參與編制我國農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量、技術指南等國家、地方標準，具有豐富的標準制定經(jīng)驗，可保證本項目順利完成。項目牽頭單位之一南京農(nóng)業(yè)大學是一所以農(nóng)業(yè)和生命科學為優(yōu)勢和特色，農(nóng)、理、經(jīng)、管、工、文、法學多學科協(xié)調(diào)發(fā)展的教育部直屬全國重點大學，擁有農(nóng)學院、資源與環(huán)境科學學院等20個學院（部）。南京農(nóng)業(yè)大學擁有一級學科國家重點學科4個，二級學科國家重點學科3個，國家重點培育學科1個。在第四輪全國一級學科評估中，作物學、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、植物保護、農(nóng)林經(jīng)濟管理4個學科獲評A+，公共管理、食品科學與工程、園藝學3個學科獲評A類。在第五輪全國一級學科評估中，取得了優(yōu)異成績。有10個學科進入江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程。農(nóng)業(yè)科學、植物學與動物學、環(huán)境生態(tài)學、生物與生物化學、工程學、微生物學、分子生物與遺傳學、化學、藥理學與毒理學、社會科學總論、臨床醫(yī)學、地球科學、計算機科學等13個學科領域進入ESI學科排名全球前1%，植物學與動物學、農(nóng)業(yè)科學、環(huán)境生態(tài)學3個學科進入1‰，其中植物學與動物學、農(nóng)業(yè)科學進入前1?，躋身世界頂尖學科行列。科研實力雄厚江蘇省耕地質(zhì)量與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護站為江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳直屬事業(yè)單位，負責擬訂全省耕地、永久基本農(nóng)田及高標準農(nóng)田質(zhì)量建設規(guī)劃、政策，并指導實施；指導全省農(nóng)業(yè)系統(tǒng)開展科學施肥、耕地質(zhì)量監(jiān)測與建設、農(nóng)田土壤污染調(diào)查評價、安全利用和預警體系建設，參與多項國家、行業(yè)、地方等多項標準，項目經(jīng)費有保障。參與單位中科院南京土壤研究所等單位擁有多名中國工程院院士、研究員，形成以知名專家為引領、各領域科研骨干為依托、青年科技人員為主體的創(chuàng)新人才隊伍。項目團隊人員由博士、碩士組成，項目投入人員不少于10人，多人具有國家相關標準編制經(jīng)驗，為標準制定提供人才和技術保障。本標準是規(guī)范鎘低積累水稻品種篩選技術體系，構建標準化、規(guī)范化的篩選流程，指導鎘低積累優(yōu)質(zhì)品種的推廣應用，為江蘇省乃至我國受污染耕地的可持續(xù)安全利用提供技術支撐。由江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳提出，項目名稱為《水稻鎘穩(wěn)定低積累品種篩選和鑒定技術規(guī)范》，立項通知文件為《省市場監(jiān)管局關于下達2023年度江蘇省地方標準項目計劃的通知》（蘇市3監(jiān)標〔2023〕173號項目序號為120。因植物及其產(chǎn)品檢測DNA提取和純化（NY/T674）》、《水稻生產(chǎn)的土壤鎘、鉛、鉻、汞、種田間試驗記載規(guī)范（DB32/T1124）》、《雜交水稻種子真實性和純度鑒定SSR分子標記法積累特性多點篩選試驗技術規(guī)程（HNZ219）》和《受污染耕地安全利用與治理修復技術指準化法實施條例》和《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦技術目錄(2019年版)》(農(nóng)辦科〔2019〕14號)等。并整理了有關鎘低積累作物品種、種質(zhì)篩選和鑒定相關的科研論文、專利及田間試驗成果等。由項目組填寫《江蘇省地方標準項目建議書》，起草標準草案，并提交省市場監(jiān)督管理局審批。省市場監(jiān)督管理局正式下達2023年度江蘇省地方標準項目計劃，本項目正式立項。遵照GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分標準的結構和編寫》的相關規(guī)定，以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測機構考核現(xiàn)場評審工作的相關要求，起草標準文本。向有關行政主管部門、企業(yè)事業(yè)單位、社會團體、消費者組織及教育、科研機構等廣泛征求意見。同時，通過標準化行政主管部門門戶網(wǎng)站向社會公開征求意見，公開征求意見的期限不少于30日。4水稻品種鎘低積累的穩(wěn)定性：導入?yún)⒖计贩N，明確品種在不同環(huán)境條件下鎘積累的波動范圍和一致性。水稻品種篩選的準確性：優(yōu)化篩選方法，基于參考品種和基因型判斷，提高篩選結果的科學性和可靠性。試驗設置：規(guī)定試驗的基本設置要求，包括試驗目的、試驗類型及其必要條件。試驗品種：明確試驗品種的來源、申請條件、種子質(zhì)量與數(shù)量、篩選條件。試驗田選擇：詳細說明試驗田的土壤環(huán)境條件及選址要求、土壤及灌溉水樣品測試與評價，確保試驗結果的科學性和代表性。田間設計：規(guī)定試驗田的分區(qū)設計、重復性及試驗布局，確保試驗方法的規(guī)范性和可重復性。栽培管理：針對水稻的育苗、移栽、施肥、灌溉等管理技術進行詳細說明，確保試驗操作的一致性。檢驗規(guī)則：包括籽粒鎘含量的檢測方法、品種基因型鑒定、數(shù)據(jù)記錄與處理的要求。低鎘積累水稻品種判定標準：明確品種的鎘含量判定閾值及評價方法，為低鎘積累水稻品種的篩選提供科學依據(jù)。田間篩選試驗中參照品種的選擇尤為重要，參照品種提供了一個已知性能的基準，可以用來比較新品種的表現(xiàn)。參照品種可以幫助確保實驗設計的隨機化，減少實驗誤差。通過在不同地點或不同年份重復使用同一參照品種，可以驗證實驗結果的重復性和可靠性，其數(shù)據(jù)可以作為統(tǒng)計分析的基礎，還可以用于標準化其他品種的數(shù)據(jù)，減少不同實驗條件下的數(shù)據(jù)差異。在多年多點的篩選試驗中，本研究團隊明確了日本晴/中花11、中嘉早17、揚稻6可代表穩(wěn)定低、中、高鎘積累特征的水稻品種，為后續(xù)開展水稻鎘積累能力的等級評價提供了5可靠的參照標尺。表1.試驗點各參照水稻品種籽粒鎘富集系數(shù)（BCF）試驗點一7.75針對江蘇省農(nóng)田土壤鎘污染特性及水稻生產(chǎn)中的籽粒鎘超標問題，研究團隊于2021-2022年對江蘇省及周邊省份主栽的175份水稻品種開展了多年多點的田間比選試驗，試驗地點選定為蘇南常熟和蘇北新沂兩個實驗基地。5.2.1主栽品種間糙米Cd積累的差異顯著2021年，在常熟基地鎘輕度污染試驗點，測試的175份主栽水稻品種糙米Cd濃度范圍在0.07-1.49mgkg-1，品種間相差約21倍；在鎘中度污染試驗點，測試的175份主栽水稻品種糙米Cd濃度范圍在0.05-0.80mgkg-1，品種間相差約16倍；在鎘重度污染試驗點，測試的175份主栽水稻品種糙米Cd濃度范圍在0.07-1.54mgkg-1，品種間相差約22倍（圖2.1三個試驗點中共有61個主栽品種糙米Cd濃度低于國家標準限量值，其中42個品種糙米Cd濃度在三個試驗點均低于國家標準限量值，表現(xiàn)出較穩(wěn)定的鎘低積累特性；2021年，在新沂試驗點，糙米Cd濃度范圍為0.34-3.73mgkg-1，品種間最大差異達11倍，所有比選品種糙米Cd濃度均超標，表明在高污染環(huán)境下，現(xiàn)有主栽品種普遍面臨鎘積累超標問題（圖675.2.2鎘低積累品種及參照品種復篩基于2021年江蘇常熟和徐州新沂的175份水稻品種篩選結果，選擇籽粒Cd濃度低于日本晴籽粒Cd濃度20%的35份Cd低積累水稻品種，在常熟基地核心區(qū)輕度、中度和重度污染區(qū)域開展2022年的田間復篩試驗，并包括插入的參照標尺低Cd積累品種（日本晴中等Cd積累品種（中嘉早17）和高Cd積累品種（揚稻6）。2022年田間試驗結果表明，有25份水稻品種糙米Cd濃度在中、輕度污染Cd污染區(qū)域均低于國家標準限量值。在輕度、中度和重度污染區(qū)域，日本晴的籽粒Cd濃度均低于我國糙米Cd限值0.2mg/kg，屬于穩(wěn)定低Cd積累水稻品種，在輕度和中度污染區(qū)域，中嘉早17和揚稻6的籽粒Cd濃度相差不大，而在常熟市的重度Cd污染區(qū)域和新沂試驗點，二者相差50%以上，這表明將這3個品種作為田間試驗篩選不同Cd積累能力等級評定的參照標尺是較為可靠的。85.3.1分子標記篩選與驗證通過研究團隊前期研究基礎和文獻、專利檢索，共發(fā)現(xiàn)12個與水稻籽粒鎘含量相關基因的分子標記。經(jīng)驗證，其中4個分子標記與江蘇省167份主栽水稻品種的籽粒鎘積累具有顯著相關，分別是qGCd2、LCd-11、LCd-38和LCd-41。qGCd：位于水稻第2號染色體，控制稻米低鎘積累；LCd-11：位于水稻第3號染色體，是一個SNP位點（對應日本晴水稻第3號染色體846037位LCd-38：位于水稻第10號染色體，是一個SNP位點（對應日本晴第10號染色體20089955位，核苷酸為C或TLCd-41：也位于水稻第10號染色體，是一個SNP位點（對應日本晴第10號染色體20844875，核苷酸為A或T）。上述分子標記通過4%的瓊脂糖凝膠電泳驗證，結果顯示條帶差異明顯（圖3.1）。qGCd2標記中，高鎘品種69個，低鎘品種47個，多條帶品種51個；LCd-11標記中，高鎘品種53個，低鎘品種111個；LCd-38標記中，高鎘品種61個，低鎘品種103個；LCd-41標記中，高鎘品種67個，低鎘品種93個，另有4個品種因測序失敗未能分型。5.3.2數(shù)據(jù)校準與分子標記分析為消除土壤性質(zhì)不均一對實驗數(shù)據(jù)的影響，實驗通過劃區(qū)采集土壤樣品并進行消解處理，根據(jù)土壤鎘含量校準籽粒元素含量。校準后的籽粒鎘含量與分子標記驗證結果進行了比對分析。以下為主要分子標記的條帶圖和結果展示：9綜合上述4條分子標記基因型與175份水稻品種籽粒鎘積累田間試驗結果，以籽粒鎘含量0.2mgkg-1為劃分高鎘與低鎘積累的依據(jù)，結果顯示，高鎘積累水稻品種鑒定準確率高達90%以上，低鎘積累水稻品種鑒定準確率在60%左右（表2，圖2）。其中，4條分子標記鑒定結果，均顯示低鎘參照水稻品種日本晴和中花11均為低鎘基因型的水稻品種。qGCd2LCd-11LCd-38LCd-41以上結果表明，qGCd2、LCd-11、LCd-38和LCd-41四條分子標記在高低鎘積累水稻品種的快速鑒定中具有顯著效果，為鎘低積累品種的判定提供了基因?qū)用娴膮⒖紭顺?。特別是在高鎘積累品種的鑒定中，這些標記表現(xiàn)出較高的準確性，為低鎘積累品種的篩選和分子育種提供了可靠的科學依據(jù)。本標準涉及的相關專利如下：LCd-38分子標記相關專利何振艷,麻密,許文秀,閆慧莉.(2018).水稻籽粒鎘含量相關基因LCd-38的SNP分子標記的應用.中國發(fā)明專利，CN105543397B.LCd-41分子標記相關專利何振艷,麻密,許文秀,閆慧莉.(2019).水稻籽粒鎘含量相關基因LCd-41的SNP分子標記的應用.中國發(fā)明專利，CN105671164B.LCd-11分子標記相關專利麻密,何振艷,許文秀,閆慧莉.(2018).水稻籽粒鎘含量相關基因LCd-11的SNP分子標記的應用.中國發(fā)明專利，CN105671156B.qGCd2分子標記相關專利楊遠柱,李蘭英,周延彪,毛東海,王凱,陳彩艷.(2020).水稻籽粒鎘含量相關基因qGCd2的分子標記的應用.中國發(fā)明專利，CN106967836B.本標準基于上述專利所報道的水稻籽粒鎘積累相關的基因多態(tài)性位點，重新設計了dCAPs標記引物，對江蘇省175份主栽水稻品種的籽粒鎘積累基因多態(tài)性進行分析。結合籽粒鎘含量的性狀數(shù)據(jù)，對專利中描述的分子標記位點進行了驗證，為標準的制定提供了科學依據(jù)。引用專利的權利人均參與了本標準的編制工作，并擔任編制人員。本標準符合現(xiàn)行法律法規(guī)要求，目前無國家標準。目前現(xiàn)有的江蘇省地方標準《受污染耕地安全利用與治理修復技術指南（DB32/T4231-2022）》僅簡要推薦了一些適宜江蘇種植的重金屬相對低積累作物品種，但對品種篩選條件、積累特性及穩(wěn)定性等關鍵指標缺乏詳細說明。本標準是這個標準的銜接和發(fā)展，以江蘇省受污染耕地安全利用為實際需求，技術指標高于這個標準。湖南省作為我國最早開展鎘低積累作物品種選育與鑒定相關研究的地區(qū)，已發(fā)布了《水稻品種鎘積累特性大田驗證試驗技術規(guī)程（HNZ218-2018）》、《水稻品種鎘積累特性多點篩選試驗技術規(guī)程（HNZ219-2018）》以及《湖南省耕地安全利用技術指南（湘農(nóng)辦函〔2020〕105號）》等標準，形成了長株潭地區(qū)應急性鎘低積累水稻品種推薦目錄。然而，這些標準僅對篩選和田間驗證方法進行了簡要描述，缺少鎘低積累水稻品種鎘含量