淺談重金屬鎘對水稻種子萌發的影響

（太原市農產品質量安全檢測中心，山西 太原 030027）

當今人類社會活動頻繁，推動工農業現代化迅猛發展，然而，環境卻日益遭到污染，其中重金屬的污染已成為當今污染面積最廣、危害最大的環境問題之一。據不完全統計，在我國被Cd污染的農田面積已達28萬hm2，每年生產的農產品中，Cd含量超標達1460萬t，不僅嚴重危害著農業生態環境，還嚴重危害人類身體健康，甚至影響土壤生產能力的可持續發展。

重金屬Cd不是作物生長必需的微量元素，不構成作物結構，也不參與作物體內和代謝活動，但易被作物吸收。Cd的過量積累會對作物生長產生明顯的毒害作用，具體表現出生長遲緩、植株矮小、褪綠等中毒癥狀，嚴重影響作物產量。此外，鎘在農作物中，特別是在可食部分進行大量積累，并通過食物鏈積累危害到人體健康。

1 “鎘米”事件頻發，引發全社會關注

我國是世界上最大的稻米生產國，水稻作為我國首要的農作物，近期“鎘米”事件頻頻發生，吸引了全社會對食品安全的關注。

其實“鎘米”并不是什么新鮮的事物，早在1968年的日本富山和1983年的臺灣桃園，就出現過大米鎘超標的事件。1974年，我國沈陽張士灌區第一次發現鎘超標大米，其主要污染來自當時沈陽冶煉廠的污水。隨后的1989年，中科院沈陽應用生態所在一份研究報告中，將灌區上游330 hm2的土地列為嚴重污染區 。2007年，南京農業大學農業資源與生態環境研究所潘根興教授同他的研究團隊，一起在全國華東、東北、華中、西南、華南和華北6個地區的縣級以上農產品市場中，隨機采購大米樣品91個，結果發現市售大米中有10%左右鎘超標。并且，中國稻米重金屬鎘污染以南方秈米為主，尤以江西、湖南等省份最為嚴重。

當前重金屬通過各種渠道滲入環境（包括自然環境和人類環境），以致造成重金屬污染的“多源”性，給治理和研究重金屬污染帶來很大的難度。一些業內專家認為，除了加大力度對工業污染防治和對遭重金屬污染的土壤施行逐步修復之外，必須要選育Cd耐性水稻品種，防范控制施肥農藥等農業投入品的濫用造成的重金屬污染。只有這樣多措并舉，才能有效阻止重金屬流向土壤和農產品中，切斷重金屬超標的農產品流向百姓餐桌的通道。

2 選育Cd耐性水稻品種的探討

選育具有Cd耐性水稻品種的首要工作是進行品種Cd耐性評價，而研究不同品種的水稻種子萌發對Cd響應的差異性，對選育耐Cd水稻品種具有理論指導意義。

種子萌發是一切植物生命周期的起點，也是感知外界環境的最初階段，種子萌發狀況的好壞對作物的生長量和生物量有著直接的影響。研究表明，種子萌發及苗期生長狀況是評價作物對重金屬耐性的重要指標。國際組織（如美國 EPA、FDA等）已經通過廣泛研究作物的種子萌發狀況進行了重金屬的毒理試驗。結果顯示，不同生育時期、不同品種的水稻對Cd的敏感性具有一致性。

有研究指出，作物耐鎘性的能力強弱是由作物的遺傳特性決定，其中決定作物對重金屬耐性最關鍵的因素是作物的種類、作物的發育階段及品種。

2.1 Cd濃度對發芽率的影響

評價種子發芽常用的指標為發芽指數、活力指數及發芽率，相應地反映種子發芽整齊度、幼苗健壯程度和發芽速度的潛勢。

研究表明，水稻在重金屬Cd的脅迫下，其種子的發芽力受挫，生長勢削弱，直至完全失活。曾翔等研究表明，Cd濃度在10 ppm下，水稻發芽率比對照下降1.3%，根系長度則比對照下降32.8%。研究中還發現有些品種的最大根系長度、根系數量、發芽率、芽長等指標均高于對照，表明Cd濃度10 ppm的溶液能促使水稻種子的加快萌發。Patra等將這種現象解釋為低濃度重金屬存在對種子的萌發有積極的“刺激作用”，但這種刺激作用的前提是濃度受到極其嚴格的限制。環境中存在過多的重金屬Cd，對作物的生長必將產生毒害作用，從而引起幼苗生理生化的變化。周青等在研究中表明，水稻在Cd濃度25 ppm的處理下，發芽率與對照無差異，在Cd濃度為100 ppm條件下，發芽率僅比對照下降6.3%，說明水稻對環境中 Cd脅迫的耐受能力較高。

何俊瑜等對我國主要栽培的 32個不同品種水稻種子的萌發期進行耐Cd研究，總結了不同品種的水稻種子，其萌發期對Cd脅迫相應的差異性。除此以外，重金屬Cd對不同品種的水稻種子的萌發均能產生強烈的抑制作用，在種子萌發指標中受抑制最重的是活力指數，其次是發芽指數；受抑制最輕的是發芽率，這與之前研究人員在水稻、烏麥、萵苣、紫花苜蓿等植物上的試驗結果基本一致。何俊瑜等通過對水稻種子在萌發期對發芽指數、活力指數、發芽率、根長、根鮮質量、芽長、芽鮮質量等7個種子萌發指標的綜合分析可知，在萌發期，不同品種的水稻種子對Cd的耐性存在著明顯的差異。

2.2 Cd對作物根芽生長的影響

有研究表明，重金屬Cd對作物的根芽的生長也會有不同程度的影響，而且對根生長的影響更甚于芽。這是由于作物的種子在吸漲萌動時，胚根快速吸水伸長最先突破種皮，使得Cd在胚根的積累量上，以及胚根在受 Cd脅迫的時間進程上皆大于芽，進而胚根較芽而言，對重金屬污染的反應更加直接、更加敏感。除此之外，Cd可誘導作物根系產生一種逆境乙烯的物質，并向地上部分傳輸。由于逆境乙烯對細胞有很強的傷害作用，并且這種傷害也首先作用在根部，所以當Cd進入作物體內，Cd會在胚根的生長部位進行大量積累，由于胚根細胞壁中存在大量的交換位點，能將重金屬離子固定在這些位點上，進而破壞細胞內的染色體和細胞核仁。隨著體內 Cd含量的增加，對染色體和細胞核仁的破壞加重，這可能是抑制作物根、芽生長的主要原因。

2.3 Cd對作物種子萌發影響的種間差異

已有報道Cd對作物種子萌發影響具有種間差異，曾翔等在此基礎上進一步研究分析了Cd對水稻種子萌發影響的品種間差異，發現不同品種的水稻種子萌發對Cd的響應具有差異，其敏感順序為：雜交稻〈秈稻〈粳稻；兩系不育系〈三系不育系。依據芽長脅迫指數和最大根系長度脅迫指數，參試品種可分成3種類型：耐受型、中間型和敏感型。不同品種的種子萌發對Cd的形態響應表現為多種效應類型，這種類型差異的內在機制還需要進一步研究。李坤權等、王凱榮等、Morshita等研究表明，Cd的富集能力粳稻〈秈稻，常規稻〈雜交稻。筆者認為，水稻種子在其萌發時對Cd的敏感的品種間差異與種子萌發后期Cd的富集能力差異有何種關系，還需要深入探討研究。

為了避免食品安全問題出現，尤其是重金屬含量超標造成的“食品中毒”，必須在源頭進行控制防范。研究不同水稻種子萌發對Cd響應的差異性，對選育耐Cd水稻品種具有理論指導意義，對人類生活安全健康又具有現實意義。除此之外，重金屬檢測作為保障食品安全的最后一道屏障，也成為食品安全保障不可缺少的部分，加強重金屬檢測工作也就顯得十分迫切與必要。

[1]曾翔，張玉燭等.鎘對水稻種子萌發的影響[J].應用生態學報，2007，18（7）：1665～1668.

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