汞脅迫對7個水稻品種花粉活力與結實率的影響

趙夏夏 李尚錕 林堪德 王旭明 胡燕 郭文燕 黃永相 李偉 郭建夫

摘要 選取蘇香粳2號、蘇粳8、楚粳香1號、中秈2503、粳秈89、廣協1號和Dular7個水稻品種作為實驗材料，設置4個汞濃度梯度處理，分別為0、0.1、0.3、0.8mmol/L，采用盆栽水培的方法培育至成熟期，研究汞脅迫對7個水稻品種花粉活力與結實的影響。結果表明：穗分化期間水稻花粉活力和花粉育性受低汞脅迫傷害較小，而高汞毒害造成水稻花粉母細胞結構完整性遭受破壞，導致花粉活力受到抑制。不同品種的花粉活力和育性對汞毒脅迫的響應受花藥結構和生理共同調節作用。汞脅迫下花粉活力、花粉育性和結實率存在品種上的差異。在理論研究上中，秈2503、蘇粳8可作為水稻花粉發育研究的參試材料;生產實踐中，花粉活力、花粉育性和結實率可作為水稻品種選育和汞脅迫程度預測的可靠指標。

關鍵詞 水稻;汞脅迫;花粉活力;花粉育性;結實率

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A

汞，同鎘、鉛一樣，是環境中毒性最強的重金屬之一，同其他重金屬相比危害性更大，嚴重危害生態環境和人類健康[1-2]。目前，我國的汞消耗量占全球比例約50%以上，而且《全國土壤污染狀況調查公報》結果顯示，土壤無機型的污染物占主要比例，其中汞點位的超標率達到1.6%，這對我國農作物生長及食品安全帶來嚴重威脅[3-4]。

有研究表明，土壤汞污染對水稻具有雙重的影響，汞主要在水稻植株的根中大量富集[5]，在汞濃度較低的情況下，會對水稻的生長起到促進的作用，而在高濃度脅迫下，根冠比隨著汞濃度的增加而降低，根系養分的傳輸受阻，最終影響到地上部的生長，從而導致水稻植株矮小，最終導致產量降低[6]。此外，隨著土壤汞富集量的增加，汞脅迫對水稻生長的抑制明顯加強，生育期短的水稻受害較為明顯。鄒繼穎發現，汞的處理濃度越大，其對水稻的生長影響越大;生育嵌短的水稻，受汞影響越大0在汞脅迫處理下，水稻葉綠素含量降低，光合作用受阻，最終導致干物質積累減少，從而使得籽粒的千粒重降低，產量降低[8]。有研究也發現，汞脅迫濃度為36.5mg/L處理下，水稻植株明顯受到抑制，生長矮小，水稻葉片枯黃，秕谷率近50%，產量僅為對照的3.3%[9-10]。目前關于高溫脅迫、鹽脅迫水稻對花粉活力與結實率這方面的研究[11-13]較多，而汞脅迫下水稻花粉活力對結實率的影響鮮有報道。因此，本研究通過研究汞脅迫對不同水稻品種花粉活力和萌發率的影響，為耐汞生理機理和汞污染土壤修復研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料：蘇香粳2號，蘇粳8，楚粳香1號，中釉2503，粳秈89，Dular，廣協1號，均由廣東海洋大學農業生物技術研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 水稻幼苗的培養

2017年3月13日，參照李春龍[14]的方法，先將水稻種子用鹽水進行浮選，去除不實籽粒，人工精選粒大、均勻飽滿的種子200籽粒。先用蒸餾水浸泡5min后，用10%的H₂O₂浸泡20min后，用去離子水沖洗干凈并均勻平鋪于無菌培養皿中，放置30 0C種子培養箱下催芽48h，期間換水6次，并保持培養皿濕潤，待種子露白后種植于廣東海洋大學農學院水稻實驗田中進行幼苗培育。

1.2.2 汞脅迫處理

2017年3月25日，在廣東海洋大學實驗農場培育的秧苗中，選取長勢均勻的3葉1心期參試品種的秧苗移栽到盛裝有沙土的培養箱（內徑52.5×14.7×32）中，每箱中種植24株。

2017年4月13日待水稻長至五葉期左右進行汞脅迫處理，汞處理濃度為分別含0.1、0.3、0.8mmol/L的Hgcl₂的Yoshida溶液，對照為不含汞的純Yoshida溶液。每品種每處理3次重復。每桶保持2cm水層，每桶插入相同刻度的標尺測定其水位，根據缺水情況，每桶補水至相同刻度。生長期間早晚觀察水稻的生長狀況，每天拍照記錄。

隨機區組試驗設計，實驗設置3次重復。2017年6月20日汞脅迫35d后至水稻抽穗揚花期，進行花粉育性、花粉活力的測定。2017年7月18日繼續培養至水稻蠟熟期，收獲后測定結實率、粒重和千粒重，3個指標測定重復10次。

1.2.3 測定方法

參照張桂蓮、張彬的方法[15-16]對水稻花粉活力進行測定。水稻花粉育性的測定參照羅麗華的方法[17]。結實率、單株粒重、抽穗日數的測定參照邵文奇、馬樹慶和于淑婷的方法[18-20]進行。

1.2.4 數據分析

運用SPSS19.0軟件進行數據分析，在MicrosoftOffice Excel 2007電子表格中作圖。

2 結果與分析

2.1 不同汞濃度對水稻花粉活力的影響

隨著汞脅迫濃度的增加，中釉2503的花粉活力明顯上升，較其他6份材料，花粉活力較高;而在相同的汞脅迫條件下，蘇香粳2號的花粉活力顯著降低，花粉活力受到抑制，蘇粳8、楚粳香1號、廣協1號花粉活力受汞脅迫影響的程度較小。0.8mmol/L濃度的汞處理后，蘇香粳2號、Dular4t粉活力下降最大，減幅達到40.0%、26.1%，花粉活力受到明顯抑制，而中釉2503花粉活力顯著升高，增幅達到67.3%。見表1。

2.2 不同汞濃度對水稻花粉育性的影響

汞脅迫對不水稻品種花粉育性的影響存在明顯的差異。汞脅迫濃度的增加，對蘇粳8、楚粳香1號、中釉2503、廣協1號、Dular的花粉可育率顯著增加，對其育性有明顯的促進作用，而蘇香粳2號、粳秈89受影響不大。0.3%汞濃度處理下Dular、蘇粳8、中釉2503花粉可育率顯著高于對照，增幅分別達到32.87%、17.75%、14.19%，而粳秈89的花粉可育率降低，花粉育性受到抑制，可能是0.3%汞脅迫刺激Dular、蘇粳8、中釉2503這3個品種，對花粉育性有促進作用。0.8mmol/L汞脅迫下，蘇粳8花粉可育率，較對照顯著增高，增幅達到18.91%，楚粳香1號、中釉2503、Dular花粉可育率增幅降低，而粳秈89花粉可育率減幅降低，蘇香粳2號、廣協1號花粉育性受影響較小。見表2。2.3不同汞濃度對水稻抽穗日數的影響

隨著汞脅迫濃度增大，7個水稻品種抽穗日數變化不大，而不同品種間抽穗日數呈顯著差異。其中抽穗日數長短排序：蘇粳8<楚粳香1號<中釉2503

2.4 不同汞濃度對水稻結實率的影響

汞脅迫處理提高了楚粳香1號、中釉2503、粳秈89、廣協1號的結實率。隨汞處理濃度的增加，這4個品種的結實率呈逐漸升高的趨勢，在0.8mmol/L濃度，結實率增加到最大，增幅達到68.8%、26.5%、26.4%、14.0%，但Dular、蘇粳8、蘇香粳2號的結實率受汞脅迫傷害的影響較小，均保持較高的結實率。說明汞脅迫促進楚粳香1號、中釉2503、粳秈89、廣協1號結實率的增加，卻對Dular、蘇粳8、蘇香粳2號的影響不大。見表4。

2.5 不同汞濃度對水稻單株粒重的影響

隨著汞脅迫濃度增加，單株粒重呈先升后降的趨勢，汞脅迫濃度0.1～0.3mmol/L下，7個水稻品種單株粒重達到峰值。同一汞脅迫水平下，粳秈89、廣協1號、中釉2503的單株粒重增幅較明顯，而在0.8mmol/L脅迫下蘇粳8、Dular的單株粒重降低。見表5。

3 討論

汞是一種極毒的重金屬元素，其毒性位于各金屬之首[21]。植物體內汞離子的積累造成DNA損傷，其結構的完整性遭到破壞[22]。試驗結果表明，穗分化期間水稻花粉活力和花粉育性受低汞脅迫傷害較小，高汞毒害造成水稻花粉母細胞結構完整性遭受破壞，導致花粉活力受到抑制，但對抽穗日數的影響不大;同時汞脅迫對花粉活力的影響存在品種間的差異，對中釉2503具有促進作用，其耐汞能力較強，花粉細胞結構完整性較好，保持正常的生長發育，而蘇香粳2號、Dular明顯受到抑制，其他3個品種受影響較小，也說明不同品種的花粉活力和育性對汞毒脅迫的響應受花藥結構和生理共同調節作用。汞脅迫可以增加水稻花粉活力及育性，并提高結實率，而甲基汞在水稻體內富集程度的加劇抑制水稻花粉萌發能力，從而引起育性下降，造成籽粒結實率降低。因此，花粉活力與育性可以作為汞脅迫對水稻結實影響程度的參考指標，這與趙雷等人的研究結論相近[25]。

考種研究發現，汞處理對水稻的結實率和單株粒重的影響存在品種間的差異，汞脅迫處理促進中釉2503、廣協1號、DularM實率的增加，有助于增加其單株粒重，且均顯著高于對照，推斷是水稻品種對汞傷害的耐受性不同，從而影響其結實率和單株粒重，但是對該性狀的影響還有待進一步研究。不同水稻品種對汞傷害的耐受性不同，表現出其結實率和單株粒重受害程度存在差異。在理論研究上可以將中釉2503作為水稻花粉發育的參試材料，花粉活力、花粉育性和結實率可作為水稻品種選育和汞脅迫程度預測的可靠指標。

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