鎘對(duì)云南省主栽水稻品種幼苗生長(zhǎng)的影響

馬孟莉等

摘要：以云南省主栽的12個(gè)水稻品種為研究對(duì)象，用不同濃度的CdCl2進(jìn)行處理，測(cè)量培養(yǎng)5、10、15 d時(shí)的苗高和根系長(zhǎng)度，以及培養(yǎng)15 d的根、莖、葉鮮重和干重，研究重金屬鎘對(duì)云南省主栽水稻品種幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：鎘對(duì)根系的抑制程度大于對(duì)苗的抑制程度；鎘脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響存在濃度效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，隨著鎘濃度的升高和培養(yǎng)時(shí)間的延續(xù)，抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)；幼苗根、莖干質(zhì)量百分率隨著鎘濃度的升高而逐漸增大，而葉干質(zhì)量百分率則隨鎘濃度的增大而逐漸減小；不同品種對(duì)重金屬鎘的耐受性表現(xiàn)出一定的差異。

關(guān)鍵詞：云南省；水稻；鎘脅迫；幼苗生長(zhǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S511.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）03-0050-03

水稻是我國(guó)的主要糧食作物，全國(guó)一半以上的人口以稻米為主食。鎘（Cd）是對(duì)人體危害性極大的一種重金屬元素，在自然界中的含量很低，但生物遷移性強(qiáng)，當(dāng)環(huán)境受到鎘污染后，鎘可在植物體內(nèi)富集[1]，例如近年來(lái)鎘污染、鎘大米事件時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)健康[2]。鎘對(duì)植物的危害在形態(tài)上表現(xiàn)為植物生長(zhǎng)緩慢、葉片失綠，在生理上表現(xiàn)為植物的光合作用和蒸騰作用受抑制、引起氧化脅迫以及養(yǎng)分的吸收和同化受阻等[3]。鎘對(duì)水稻的毒害主要表現(xiàn)在阻礙根系生長(zhǎng)、影響種子萌發(fā)及植株生長(zhǎng)上，最終導(dǎo)致生物量和產(chǎn)量的下降[4]，因此開(kāi)展水稻耐鎘性的研究對(duì)提高稻谷產(chǎn)量及改善稻米品質(zhì)具有重要意義。云南省是我國(guó)水稻的主產(chǎn)區(qū)之一，同時(shí)也是有色金屬大省，重金屬污染現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。水稻在幼苗初期生長(zhǎng)旺盛，運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，對(duì)各種礦質(zhì)元素吸收較多，是水稻吸收重金屬的主要時(shí)期，尤其是對(duì)鎘的吸收較多。本研究以12份云南省主栽水稻品種為研究對(duì)象，用不同濃度的CdCl2進(jìn)行處理，研究鎘對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在明確目前云南省主栽水稻品種的苗期耐鎘性，為進(jìn)一步選育耐鎘優(yōu)良水稻品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

12份水稻品種由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，其中粗根27、楚粳28、滇粳優(yōu)1號(hào)為粳稻，紅優(yōu)1號(hào)、紅優(yōu)8號(hào)、凡8、文稻13、文稻14、云恢290、滇屯502、丁屯502、紫米B168為秈稻。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水培試驗(yàn) 水培試驗(yàn)在紅河學(xué)院智能化溫室內(nèi)進(jìn)行。先將收獲的種子放入50 ℃烘箱中48h以破除種子的休眠性。選取各品種健康飽滿(mǎn)的種子，用5% NaClO消毒10 min后分別置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每皿100粒，于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽48 h。將芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)均勻一致的種子放入96孔PCR板（剪掉管底）中，每板放置8個(gè)品種，每個(gè)品種12粒，于周轉(zhuǎn)箱內(nèi)進(jìn)行水培處理。本研究共設(shè)置5個(gè)濃度梯度，鎘濃度由低到高依次設(shè)為0、1、5、10、20 mg/L，每個(gè)濃度設(shè)置3次重復(fù)。水培液的營(yíng)養(yǎng)配方參照國(guó)際水稻研究所的標(biāo)準(zhǔn)，另加350 mg/L Na2SiO，調(diào)節(jié)pH值為5.0～5.1[5]。試驗(yàn)過(guò)程中每隔5 d換1次培養(yǎng)液。

1.2.2 數(shù)據(jù)測(cè)量 用精度為0.1 cm的直尺分別測(cè)量培養(yǎng)5、10、15 d時(shí)各水稻品種在不同處理下的根系長(zhǎng)度和苗高，并將培養(yǎng)15 d的幼苗分割為根部、莖部、葉片3個(gè)部分，用吸水紙吸干表面的液體后用電子天平分別稱(chēng)量其鮮質(zhì)量，再轉(zhuǎn)移至 85 ℃ 烘箱中烘72 h至恒重后稱(chēng)量各部分的干質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析方法

用SPSS軟件分別對(duì)不同濃度鎘脅迫下各水稻幼苗的根系長(zhǎng)度和苗高做方差分析，統(tǒng)計(jì)不同濃度及不同品種間的差異顯著性。用干質(zhì)量百分率的變化情況來(lái)評(píng)價(jià)鎘對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響，計(jì)算方法如下：根部干質(zhì)量百分率=根部平均干質(zhì)量/根部平均鮮質(zhì)量×100%；莖部干質(zhì)量百分率=莖部平均干質(zhì)量/莖部平均鮮質(zhì)量×100%；葉片干質(zhì)量百分率=葉片平均干質(zhì)量/葉片平均鮮質(zhì)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘對(duì)水稻幼苗根系長(zhǎng)度的影響

從表1可以看出，隨著鎘濃度的升高，各水稻品種幼苗的根系長(zhǎng)度均呈現(xiàn)出逐漸變短的趨勢(shì)。不同幼苗品種之間的根系長(zhǎng)度存在一定的差異性，主要表現(xiàn)在：粗根27、紅優(yōu)8號(hào)、文稻14幼苗的根系長(zhǎng)度隨鎘濃度的升高顯著減少；紅優(yōu)1號(hào)、文稻13、凡8、楚粳28、丁屯502、滇粳優(yōu)1號(hào)在 1 mg/L 鎘脅迫下的根系長(zhǎng)度與對(duì)照差異不顯著，只有當(dāng)鎘濃度 ≥5 mg/L 時(shí)差異才達(dá)到顯著水平；云恢290幼苗的根系長(zhǎng)度在10、20 mg/L鎘脅迫間差異不顯著，但都顯著低于其他濃度下的最長(zhǎng)根長(zhǎng)；凡8的根系長(zhǎng)度在0、1 mg/L和10、20 mg/L 鎘脅迫間均不顯著；滇屯502、紫米B168的根系長(zhǎng)度在5、10 mg/L 鎘脅迫間不顯著；可見(jiàn)鎘脅迫下不同品種水稻幼苗的根系長(zhǎng)度存在差異性。

2.3 鎘對(duì)水稻幼苗根、莖、葉干質(zhì)量百分率的影響

由圖1可以看出，各品種水稻幼苗的根部干質(zhì)量百分率隨鎘濃度的升高逐漸增加，與對(duì)照相比，20 mg/L鎘處理時(shí)的干質(zhì)量百分率增加值在4.75～6.05百分點(diǎn)之間，其中文稻13增加得最少，楚粳28增加得最多，兩者相差1.81百分點(diǎn)；大部分品種的莖部干質(zhì)量百分率隨鎘濃度的升高呈上升趨勢(shì)，其中紅優(yōu)8號(hào)、文稻14、云恢290、丁屯502在鎘濃度為 1 mg/L 時(shí)出現(xiàn)降低現(xiàn)象，當(dāng)鎘濃度為5 mg/L時(shí)開(kāi)始回升，并且隨著鎘濃度的升高逐漸增大，當(dāng)鎘濃度達(dá)20 mg/L時(shí)，增幅為4.81～629百分點(diǎn)；與根部和莖部的干質(zhì)量百分率變化情況截然不同，各品種水稻幼苗的葉片干質(zhì)量百分率隨鎘濃度的升高呈下降趨勢(shì)，當(dāng)鎘處理濃度為20 mg/L時(shí)，葉片干質(zhì)量百分率減少了8.76～12.14百分點(diǎn)，減少的量明顯大于根部或莖部干質(zhì)量百分率的增加量，其中楚粳28幼苗葉片干質(zhì)量百分率受鎘影響最大，丁屯502受到的影響最小。總體看來(lái)，鎘對(duì)不同品種水稻幼苗根、莖、葉的干質(zhì)量百分率影響趨勢(shì)一致，但不同品種間存在一定的差異。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，鎘脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用，存在濃度效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，并且對(duì)根的抑制作用大于對(duì)莖和葉的抑制作用，這與前人的研究基本一致[6-9]。隨著鎘濃度的增加，各品種水稻幼苗受到的毒害逐漸增大，可能是由于鎘使水稻細(xì)胞中的RNA、DNA活性降低，核酸含量下降，有絲分裂過(guò)程受阻的原因[10]。同時(shí)鎘能有效抑制種子中淀粉酶的活性，使得水稻生長(zhǎng)過(guò)程中的物質(zhì)和能量供應(yīng)不足，從而抑制其幼苗生長(zhǎng)[11]。另一方面，鎘能與水稻內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白以及酶的活性中心結(jié)合，從而影響水稻正常生長(zhǎng)所必需的礦物質(zhì)的運(yùn)輸及對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水分的吸收，這是鎘阻礙水稻幼苗生長(zhǎng)的重要原因[12]。當(dāng)培養(yǎng)至15d時(shí)，水稻幼苗受到的抑制作用最嚴(yán)重，說(shuō)明水稻幼苗在起始階段對(duì)鎘的吸收能力相對(duì)較弱，其本身具有一定的抗鎘能力；隨著新陳代謝的加強(qiáng)，鎘開(kāi)始在水稻體內(nèi)大量積累，抑制作用隨之顯現(xiàn)。根、莖干質(zhì)量百分率隨鎘濃度升高而逐漸增大，說(shuō)明根系及莖稈中已經(jīng)富集一定量的重金屬鎘，且根部富集得更多，這也可能是根部受抑制最明顯的原因；葉干質(zhì)量百分率則隨處理濃度的增加而逐漸減小，一方面說(shuō)明葉片中富集的鎘較少，另一方面可能由于根、莖生長(zhǎng)受鎘影響而阻礙了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向葉片運(yùn)輸，造成葉片生理活性下降，葉綠素合成受抑制，干物質(zhì)積累量減少的緣故[13]。

鎘對(duì)12份水稻品種幼苗的生長(zhǎng)存在明顯差異，主要體現(xiàn)在不同品種在根系長(zhǎng)度、株高、根莖葉干質(zhì)量百分率及同一品種在不同濃度上的差異。其中凡8的根長(zhǎng)和苗高在高鎘濃度下受抑制程度最小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鎘性，而紅優(yōu)8號(hào)被抑制得較嚴(yán)重，因此篩選耐鎘資源及選育耐鎘品種將成為今后研究的重點(diǎn)。本研究中秈稻和粳稻對(duì)鎘的耐性沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的差異，與前人研究的結(jié)果不一致[6]，可能是由于選用的品種較少的原因。本研究初步明確了云南省目前主栽水稻品種幼苗對(duì)鎘的耐受性，為進(jìn)一步的遺傳改良和新品種選育提供了一定的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉 莉，錢(qián)瓊秋. 影響作物對(duì)鎘吸收的因素分析及土壤鎘污染的防治對(duì)策[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2005，17（2）：111-116.

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[12]肖清鐵. 水稻耐鎘脅迫的生理響應(yīng)[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2011.

[13]劉 莉. 鎘對(duì)不同作物幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2005.

3 討論與結(jié)論

本研究表明，鎘脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用，存在濃度效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，并且對(duì)根的抑制作用大于對(duì)莖和葉的抑制作用，這與前人的研究基本一致[6-9]。隨著鎘濃度的增加，各品種水稻幼苗受到的毒害逐漸增大，可能是由于鎘使水稻細(xì)胞中的RNA、DNA活性降低，核酸含量下降，有絲分裂過(guò)程受阻的原因[10]。同時(shí)鎘能有效抑制種子中淀粉酶的活性，使得水稻生長(zhǎng)過(guò)程中的物質(zhì)和能量供應(yīng)不足，從而抑制其幼苗生長(zhǎng)[11]。另一方面，鎘能與水稻內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白以及酶的活性中心結(jié)合，從而影響水稻正常生長(zhǎng)所必需的礦物質(zhì)的運(yùn)輸及對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水分的吸收，這是鎘阻礙水稻幼苗生長(zhǎng)的重要原因[12]。當(dāng)培養(yǎng)至15d時(shí)，水稻幼苗受到的抑制作用最嚴(yán)重，說(shuō)明水稻幼苗在起始階段對(duì)鎘的吸收能力相對(duì)較弱，其本身具有一定的抗鎘能力；隨著新陳代謝的加強(qiáng)，鎘開(kāi)始在水稻體內(nèi)大量積累，抑制作用隨之顯現(xiàn)。根、莖干質(zhì)量百分率隨鎘濃度升高而逐漸增大，說(shuō)明根系及莖稈中已經(jīng)富集一定量的重金屬鎘，且根部富集得更多，這也可能是根部受抑制最明顯的原因；葉干質(zhì)量百分率則隨處理濃度的增加而逐漸減小，一方面說(shuō)明葉片中富集的鎘較少，另一方面可能由于根、莖生長(zhǎng)受鎘影響而阻礙了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向葉片運(yùn)輸，造成葉片生理活性下降，葉綠素合成受抑制，干物質(zhì)積累量減少的緣故[13]。

鎘對(duì)12份水稻品種幼苗的生長(zhǎng)存在明顯差異，主要體現(xiàn)在不同品種在根系長(zhǎng)度、株高、根莖葉干質(zhì)量百分率及同一品種在不同濃度上的差異。其中凡8的根長(zhǎng)和苗高在高鎘濃度下受抑制程度最小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鎘性，而紅優(yōu)8號(hào)被抑制得較嚴(yán)重，因此篩選耐鎘資源及選育耐鎘品種將成為今后研究的重點(diǎn)。本研究中秈稻和粳稻對(duì)鎘的耐性沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的差異，與前人研究的結(jié)果不一致[6]，可能是由于選用的品種較少的原因。本研究初步明確了云南省目前主栽水稻品種幼苗對(duì)鎘的耐受性，為進(jìn)一步的遺傳改良和新品種選育提供了一定的理論依據(jù)。

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[13]劉 莉. 鎘對(duì)不同作物幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2005.

3 討論與結(jié)論

本研究表明，鎘脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用，存在濃度效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，并且對(duì)根的抑制作用大于對(duì)莖和葉的抑制作用，這與前人的研究基本一致[6-9]。隨著鎘濃度的增加，各品種水稻幼苗受到的毒害逐漸增大，可能是由于鎘使水稻細(xì)胞中的RNA、DNA活性降低，核酸含量下降，有絲分裂過(guò)程受阻的原因[10]。同時(shí)鎘能有效抑制種子中淀粉酶的活性，使得水稻生長(zhǎng)過(guò)程中的物質(zhì)和能量供應(yīng)不足，從而抑制其幼苗生長(zhǎng)[11]。另一方面，鎘能與水稻內(nèi)的結(jié)構(gòu)蛋白以及酶的活性中心結(jié)合，從而影響水稻正常生長(zhǎng)所必需的礦物質(zhì)的運(yùn)輸及對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、水分的吸收，這是鎘阻礙水稻幼苗生長(zhǎng)的重要原因[12]。當(dāng)培養(yǎng)至15d時(shí)，水稻幼苗受到的抑制作用最嚴(yán)重，說(shuō)明水稻幼苗在起始階段對(duì)鎘的吸收能力相對(duì)較弱，其本身具有一定的抗鎘能力；隨著新陳代謝的加強(qiáng)，鎘開(kāi)始在水稻體內(nèi)大量積累，抑制作用隨之顯現(xiàn)。根、莖干質(zhì)量百分率隨鎘濃度升高而逐漸增大，說(shuō)明根系及莖稈中已經(jīng)富集一定量的重金屬鎘，且根部富集得更多，這也可能是根部受抑制最明顯的原因；葉干質(zhì)量百分率則隨處理濃度的增加而逐漸減小，一方面說(shuō)明葉片中富集的鎘較少，另一方面可能由于根、莖生長(zhǎng)受鎘影響而阻礙了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向葉片運(yùn)輸，造成葉片生理活性下降，葉綠素合成受抑制，干物質(zhì)積累量減少的緣故[13]。

鎘對(duì)12份水稻品種幼苗的生長(zhǎng)存在明顯差異，主要體現(xiàn)在不同品種在根系長(zhǎng)度、株高、根莖葉干質(zhì)量百分率及同一品種在不同濃度上的差異。其中凡8的根長(zhǎng)和苗高在高鎘濃度下受抑制程度最小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鎘性，而紅優(yōu)8號(hào)被抑制得較嚴(yán)重，因此篩選耐鎘資源及選育耐鎘品種將成為今后研究的重點(diǎn)。本研究中秈稻和粳稻對(duì)鎘的耐性沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的差異，與前人研究的結(jié)果不一致[6]，可能是由于選用的品種較少的原因。本研究初步明確了云南省目前主栽水稻品種幼苗對(duì)鎘的耐受性，為進(jìn)一步的遺傳改良和新品種選育提供了一定的理論依據(jù)。

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