鎘對云南省主栽水稻品種幼苗生長的影響

馬孟莉等

摘要：以云南省主栽的12個水稻品種為研究對象，用不同濃度的CdCl2進行處理，測量培養5、10、15 d時的苗高和根系長度，以及培養15 d的根、莖、葉鮮重和干重，研究重金屬鎘對云南省主栽水稻品種幼苗生長的影響。結果表明：鎘對根系的抑制程度大于對苗的抑制程度；鎘脅迫對水稻幼苗生長的影響存在濃度效應和時間效應，隨著鎘濃度的升高和培養時間的延續，抑制效應逐漸增強；幼苗根、莖干質量百分率隨著鎘濃度的升高而逐漸增大，而葉干質量百分率則隨鎘濃度的增大而逐漸減小；不同品種對重金屬鎘的耐受性表現出一定的差異。

關鍵詞：云南省；水稻；鎘脅迫；幼苗生長

中圖分類號：S511.01 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）03-0050-03

水稻是我國的主要糧食作物，全國一半以上的人口以稻米為主食。鎘（Cd）是對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，當環境受到鎘污染后，鎘可在植物體內富集[1]，例如近年來鎘污染、鎘大米事件時有發生，嚴重威脅著人類健康[2]。鎘對植物的危害在形態上表現為植物生長緩慢、葉片失綠，在生理上表現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分的吸收和同化受阻等[3]。鎘對水稻的毒害主要表現在阻礙根系生長、影響種子萌發及植株生長上，最終導致生物量和產量的下降[4]，因此開展水稻耐鎘性的研究對提高稻谷產量及改善稻米品質具有重要意義。云南省是我國水稻的主產區之一，同時也是有色金屬大省，重金屬污染現象時有發生。水稻在幼苗初期生長旺盛，運輸轉運能力較強，對各種礦質元素吸收較多，是水稻吸收重金屬的主要時期，尤其是對鎘的吸收較多。本研究以12份云南省主栽水稻品種為研究對象，用不同濃度的CdCl2進行處理，研究鎘對水稻幼苗生長的影響，旨在明確目前云南省主栽水稻品種的苗期耐鎘性，為進一步選育耐鎘優良水稻品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

12份水稻品種由云南省農業科學院提供，其中粗根27、楚粳28、滇粳優1號為粳稻，紅優1號、紅優8號、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 試驗方法

1.2.1 水培試驗 水培試驗在紅河學院智能化溫室內進行。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的種子，用5% NaClO消毒10 min后分別置于鋪有雙層濾紙的培養皿內，每皿100粒，于30 ℃恒溫培養箱中催芽48 h。將芽長、根長均勻一致的種子放入96孔PCR板（剪掉管底）中，每板放置8個品種，每個品種12粒，于周轉箱內進行水培處理。本研究共設置5個濃度梯度，鎘濃度由低到高依次設為0、1、5、10、20 mg/L，每個濃度設置3次重復。水培液的營養配方參照國際水稻研究所的標準，另加350 mg/L Na2SiO，調節pH值為5.0～5.1[5]。試驗過程中每隔5 d換1次培養液。

1.2.2 數據測量 用精度為0.1 cm的直尺分別測量培養5、10、15 d時各水稻品種在不同處理下的根系長度和苗高，并將培養15 d的幼苗分割為根部、莖部、葉片3個部分，用吸水紙吸干表面的液體后用電子天平分別稱量其鮮質量，再轉移至 85 ℃ 烘箱中烘72 h至恒重后稱量各部分的干質量。

1.3 數據處理和分析方法

用SPSS軟件分別對不同濃度鎘脅迫下各水稻幼苗的根系長度和苗高做方差分析，統計不同濃度及不同品種間的差異顯著性。用干質量百分率的變化情況來評價鎘對水稻幼苗生長的影響，計算方法如下：根部干質量百分率=根部平均干質量/根部平均鮮質量×100%；莖部干質量百分率=莖部平均干質量/莖部平均鮮質量×100%；葉片干質量百分率=葉片平均干質量/葉片平均鮮質量×100%。

2 結果與分析

2.1 鎘對水稻幼苗根系長度的影響

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度均呈現出逐漸變短的趨勢。不同幼苗品種之間的根系長度存在一定的差異性，主要表現在：粗根27、紅優8號、文稻14幼苗的根系長度隨鎘濃度的升高顯著減少；紅優1號、文稻13、凡8、楚粳28、丁屯502、滇粳優1號在 1 mg/L 鎘脅迫下的根系長度與對照差異不顯著，只有當鎘濃度 ≥5 mg/L 時差異才達到顯著水平；云恢290幼苗的根系長度在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根長；凡8的根系長度在0、1 mg/L和10、20 mg/L 鎘脅迫間均不顯著；滇屯502、紫米B168的根系長度在5、10 mg/L 鎘脅迫間不顯著；可見鎘脅迫下不同品種水稻幼苗的根系長度存在差異性。

2.3 鎘對水稻幼苗根、莖、葉干質量百分率的影響

由圖1可以看出，各品種水稻幼苗的根部干質量百分率隨鎘濃度的升高逐漸增加，與對照相比，20 mg/L鎘處理時的干質量百分率增加值在4.75～6.05百分點之間，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；大部分品種的莖部干質量百分率隨鎘濃度的升高呈上升趨勢，其中紅優8號、文稻14、云恢290、丁屯502在鎘濃度為 1 mg/L 時出現降低現象，當鎘濃度為5 mg/L時開始回升，并且隨著鎘濃度的升高逐漸增大，當鎘濃度達20 mg/L時，增幅為4.81～629百分點；與根部和莖部的干質量百分率變化情況截然不同，各品種水稻幼苗的葉片干質量百分率隨鎘濃度的升高呈下降趨勢，當鎘處理濃度為20 mg/L時，葉片干質量百分率減少了8.76～12.14百分點，減少的量明顯大于根部或莖部干質量百分率的增加量，其中楚粳28幼苗葉片干質量百分率受鎘影響最大，丁屯502受到的影響最小。總體看來，鎘對不同品種水稻幼苗根、莖、葉的干質量百分率影響趨勢一致，但不同品種間存在一定的差異。

3 討論與結論

本研究表明，鎘脅迫對水稻幼苗生長具有明顯的抑制作用，存在濃度效應和時間效應，并且對根的抑制作用大于對莖和葉的抑制作用，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胞中的RNA、DNA活性降低，核酸含量下降，有絲分裂過程受阻的原因[10]。同時鎘能有效抑制種子中淀粉酶的活性，使得水稻生長過程中的物質和能量供應不足，從而抑制其幼苗生長[11]。另一方面，鎘能與水稻內的結構蛋白以及酶的活性中心結合，從而影響水稻正常生長所必需的礦物質的運輸及對其他營養物質、水分的吸收，這是鎘阻礙水稻幼苗生長的重要原因[12]。當培養至15d時，水稻幼苗受到的抑制作用最嚴重，說明水稻幼苗在起始階段對鎘的吸收能力相對較弱，其本身具有一定的抗鎘能力；隨著新陳代謝的加強，鎘開始在水稻體內大量積累，抑制作用隨之顯現。根、莖干質量百分率隨鎘濃度升高而逐漸增大，說明根系及莖稈中已經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；葉干質量百分率則隨處理濃度的增加而逐漸減小，一方面說明葉片中富集的鎘較少，另一方面可能由于根、莖生長受鎘影響而阻礙了營養物質向葉片運輸，造成葉片生理活性下降，葉綠素合成受抑制，干物質積累量減少的緣故[13]。

鎘對12份水稻品種幼苗的生長存在明顯差異，主要體現在不同品種在根系長度、株高、根莖葉干質量百分率及同一品種在不同濃度上的差異。其中凡8的根長和苗高在高鎘濃度下受抑制程度最小，表現出較強的耐鎘性，而紅優8號被抑制得較嚴重，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。本研究中秈稻和粳稻對鎘的耐性沒有表現出明顯的差異，與前人研究的結果不一致[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鎘的耐受性，為進一步的遺傳改良和新品種選育提供了一定的理論依據。

參考文獻：

[1]劉 莉，錢瓊秋. 影響作物對鎘吸收的因素分析及土壤鎘污染的防治對策[J]. 浙江農業學報，2005，17（2）：111-116.

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[3]Sanità di Toppi L，Gabbrielli R. Response to cadmium in higher plants[J]. Environmental and Experimental Botany，1999，41（2）：105-130.

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[5]刁維萍. 水稻不同基因型吸收積累鎘的差異及其機理研究[D]. 杭州：浙江大學，2004：1-59.

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[8]王凱榮，龔惠群. 不同生育期鎘脅迫對兩種水稻的生長、鎘吸收及糙米鎘含量的影響[J]. 生態環境，2006，15（6）：1197-1203.

[9]陳中敏. 鎘脅迫條件下水稻對鎘的吸收分配規律及其生理生化特性研究[D]. 杭州：浙江大學，2007：1-61.

[10]何俊瑜，任艷芳，任明見，等. 不同品種水稻種子萌發和幼苗生長的耐鎘性評價[J]. 中國農學通報，2010，26（9）：184-189.

[11]何俊瑜，任艷芳，朱 誠，等. 鎘脅迫對不同水稻品種種子萌發、幼苗生長和淀粉酶活性的影響[J]. 中國水稻科學，2008，22（4）：399-404.

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

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

3 討論與結論

本研究表明，鎘脅迫對水稻幼苗生長具有明顯的抑制作用，存在濃度效應和時間效應，并且對根的抑制作用大于對莖和葉的抑制作用，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胞中的RNA、DNA活性降低，核酸含量下降，有絲分裂過程受阻的原因[10]。同時鎘能有效抑制種子中淀粉酶的活性，使得水稻生長過程中的物質和能量供應不足，從而抑制其幼苗生長[11]。另一方面，鎘能與水稻內的結構蛋白以及酶的活性中心結合，從而影響水稻正常生長所必需的礦物質的運輸及對其他營養物質、水分的吸收，這是鎘阻礙水稻幼苗生長的重要原因[12]。當培養至15d時，水稻幼苗受到的抑制作用最嚴重，說明水稻幼苗在起始階段對鎘的吸收能力相對較弱，其本身具有一定的抗鎘能力；隨著新陳代謝的加強，鎘開始在水稻體內大量積累，抑制作用隨之顯現。根、莖干質量百分率隨鎘濃度升高而逐漸增大，說明根系及莖稈中已經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；葉干質量百分率則隨處理濃度的增加而逐漸減小，一方面說明葉片中富集的鎘較少，另一方面可能由于根、莖生長受鎘影響而阻礙了營養物質向葉片運輸，造成葉片生理活性下降，葉綠素合成受抑制，干物質積累量減少的緣故[13]。

鎘對12份水稻品種幼苗的生長存在明顯差異，主要體現在不同品種在根系長度、株高、根莖葉干質量百分率及同一品種在不同濃度上的差異。其中凡8的根長和苗高在高鎘濃度下受抑制程度最小，表現出較強的耐鎘性，而紅優8號被抑制得較嚴重，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。本研究中秈稻和粳稻對鎘的耐性沒有表現出明顯的差異，與前人研究的結果不一致[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鎘的耐受性，為進一步的遺傳改良和新品種選育提供了一定的理論依據。

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3 討論與結論

本研究表明，鎘脅迫對水稻幼苗生長具有明顯的抑制作用，存在濃度效應和時間效應，并且對根的抑制作用大于對莖和葉的抑制作用，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胞中的RNA、DNA活性降低，核酸含量下降，有絲分裂過程受阻的原因[10]。同時鎘能有效抑制種子中淀粉酶的活性，使得水稻生長過程中的物質和能量供應不足，從而抑制其幼苗生長[11]。另一方面，鎘能與水稻內的結構蛋白以及酶的活性中心結合，從而影響水稻正常生長所必需的礦物質的運輸及對其他營養物質、水分的吸收，這是鎘阻礙水稻幼苗生長的重要原因[12]。當培養至15d時，水稻幼苗受到的抑制作用最嚴重，說明水稻幼苗在起始階段對鎘的吸收能力相對較弱，其本身具有一定的抗鎘能力；隨著新陳代謝的加強，鎘開始在水稻體內大量積累，抑制作用隨之顯現。根、莖干質量百分率隨鎘濃度升高而逐漸增大，說明根系及莖稈中已經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；葉干質量百分率則隨處理濃度的增加而逐漸減小，一方面說明葉片中富集的鎘較少，另一方面可能由于根、莖生長受鎘影響而阻礙了營養物質向葉片運輸，造成葉片生理活性下降，葉綠素合成受抑制，干物質積累量減少的緣故[13]。

鎘對12份水稻品種幼苗的生長存在明顯差異，主要體現在不同品種在根系長度、株高、根莖葉干質量百分率及同一品種在不同濃度上的差異。其中凡8的根長和苗高在高鎘濃度下受抑制程度最小，表現出較強的耐鎘性，而紅優8號被抑制得較嚴重，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。本研究中秈稻和粳稻對鎘的耐性沒有表現出明顯的差異，與前人研究的結果不一致[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鎘的耐受性，為進一步的遺傳改良和新品種選育提供了一定的理論依據。

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

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