鉻（Ⅲ）對不同水稻品種種子萌發及幼苗生長的影響

馬孟莉　孟衡玲　雷恩　李春燕　蘇一蘭　盧丙越

摘要：以4個不同基因型水稻品種為研究材料，用不同濃度的硫酸鉻進行處理，研究鉻（Ⅲ）對水稻種子萌發和幼苗生長的影響。結果表明：不同濃度的Cr3+對水稻種子發芽率和發芽勢的影響較小，且低濃度的Cr3+對水稻種子萌發有一定的促進作用；低濃度的Cr3+對水稻幼苗生長無明顯抑制作用，隨著處理濃度的升高，苗高、根長、根數呈下降趨勢，其中對根的抑制作用最明顯，Cr3+濃度≥100mg/L時，根數和根長被嚴重抑制；4個品種中文稻14對Cr3+表現出更強的耐性。

關鍵詞：水稻；鉻污染；預測；評價；種子萌發；幼苗生長

中圖分類號：S511.01 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0074-03

水稻是世界主要糧食作物之一，我國有一半以上的人口以稻米為主食。隨著現代農業的不斷發展，農藥、化肥的不合理施用及生活污水的大量排放，使得農田土壤的重金屬污染日趨嚴重[1-3]。據調查，我國重金屬污染的農田超過 0.2億hm2，占我國耕地面積的1/5，其中鉻污染甚為嚴重[4]，有研究表明我國稻田土壤中鉻含量有明顯升高的趨勢[5]。種子萌發是植物生長的起點，也是對外界環境反應敏感的階段。盧志紅等研究發現，不同濃度的Cr6+對水稻種子萌發及出苗都有不良的影響[6]；葉利民等研究認為，低濃度的Cr6+對水稻種子萌發無抑制作用，當濃度大于50 mg/L時對種子萌發有顯著的抑制作用[7]；而李義等在研究中指出，用低濃度的鉻浸種可以促進水稻幼苗生長，當鉻濃度達到8 mg/L時會嚴重抑制水稻生長[8]；趙婷等用不同濃度的鉻對2個三系雜交稻品種進行處理，得出低濃度的鉻在一定程度上能促進水稻種子萌發和幼苗生長，隨著鉻污染濃度的升高，水稻種子的萌發及幼苗的生長逐漸受到抑制，對根的抑制程度大于芽，且2個品種對鉻的耐性差異明顯[9]。鉻有多種價態，其中僅三價鉻和六價鉻具有生物意義，六價鉻的毒性強、危害大，是當前研究的熱點[10]，而對三價鉻的研究相對較少。本研究以4個不同基因型水稻品種為研究材料，用不同濃度的Cr3+進行處理，研究三價鉻對水稻種子萌發及幼苗生長的影響，為鉻污染的預測、評價和防治提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

4個水稻品種由南京農業大學水稻所和云南省農業科學院提供，其中越光和粗根26為粳稻，IR24和文稻14為秈稻；試驗所用Cr2（SO4）3和NaClO均為分析純試劑。

1.2 方法

將收獲的成熟種子置于50 ℃烘箱中48 h破除種子休眠，用0.5%NaClO溶液消毒20 min，蒸餾水反復清洗后整齊地排列在鋪有2層濾紙的9 cm培養皿中，每皿100粒，加入不同濃度的Cr3+溶液15 mL。Cr3+溶液用Cr2（SO4）3配制，濃度分別為10、100、150、200 mg/L（以Cr3+計）；雙蒸水培養為對照（CK）處理。每個處理設3 次重復，于30 ℃、100%相對濕度條件下發芽，1 d后開始觀察水稻發芽情況，以后每隔1 d觀察1次發芽率，3 d后統計發芽勢，7 d后統計發芽率，10 d 后測量幼苗各項指標。

1.3 各項指標計算及測定方法

以胚根和/或胚芽超過半粒種子長為發芽標準，發芽率=全部發芽種子數/試驗種子總數×100%，發芽勢=規定時間內發芽種子數/試驗種子總數×100%。隨機選取5株/皿幼苗，用直尺測量幼苗長和主根長，并計算平均值；統計5株幼苗總根數，稱量去除胚乳5株幼苗總鮮質量。

1.4 數據分析

用Excel 2007進行數據處理及圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 鉻對水稻種子發芽率的影響

從表1可以看出，在10～150 mg/L Cr3+脅迫下，各品種的發芽率較CK略有升高或保持不變。當Cr3+濃度為200 mg/L 時，與CK相比，越光、粗根26和IR24的發芽率略有下降，而文稻14外的發芽率依然維持在99.33%。說明不同濃度的Cr3+對水稻品種種子發芽率影響較小，低濃度的Cr3+對發芽率有一定的促進作用，只有高濃度的Cr3+才會對發芽率產生抑制作用，但抑制作用并不明顯，且并未表現出品種間的差異。

2.2 鉻對水稻種子發芽勢的影響

由表2可以看出，10～100 mg/L Cr3+脅迫下，越光和粗根26的發芽勢較CK明顯升高，而當Cr3+濃度≥150 mg/L時，發芽勢隨濃度的升高開始逐漸下降；IR24的發芽勢在10 mg/L Cr3+濃度下較CK有所升高，當Cr3+濃度≥100 mg/L時，發芽勢隨濃度升高開始逐漸下降；文稻14的發芽勢在10～100 mg/L Cr3+脅迫下略有升高，當濃度繼續升高，發芽勢開始下降。說明低濃度Cr3+能有效促進水稻種子的發芽勢，而高濃度的Cr3+會對發芽勢產生抑制作用。本研究中粳稻的發芽勢在各處理條件下較秈稻弱，各品種對鉻的響應未表現出明顯的差異。

2.3 鉻對水稻幼苗生長的影響

由圖1-A可以看出，10 mg/L Cr3+處理下，越光和IR24的苗高較CK有所增加，而粗根26和文稻14的苗變矮；當處理濃度≥100 mg/L時，各品種的苗高均受到不同程度的抑制；說明低濃度的Cr3+能促進一些品種芽的伸長，當Cr3+濃度超過一定值后就會對苗高產生抑制。由圖1-B可知，除越光外，10 mg/L Cr3+已經對根長起抑制作用，隨著Cr3+濃度的升高，各品種的根長逐漸變短，在200 mg/L處理下，除文稻14外，其他品種幼苗根被完全抑制。由圖1-C可知，Cr3+對水稻幼苗根數的影響與與根長相似，低濃度的Cr3+對根數無明顯抑制作用，高濃度的Cr3+嚴重抑制根的形成。由圖1-D可知，Cr3+對水稻幼苗鮮質量也有一定的影響，隨著處理濃度的升高，鮮質量逐漸降低，受抑制程度較根長和根數輕。

3 結論與討論

微量元素鉻是植物生長發育所必需的，缺乏鉻元素會影響植物的正常發育，但體內積累過量又會引起毒害作用[11]。本研究結果表明，低濃度的Cr3+對水稻種子萌發有一定的促進作用，高濃度的Cr3+對水稻種子萌發及幼苗生長均有一定的抑制作用，其中對根的抑制作用最明顯。

從種子萌發情況來看，不同濃度的Cr3+對發芽率未表現出明顯的抑制作用，且低濃度的Cr3+處理可提高水稻種子的發芽勢，這與葉利民等以Cr6+處理協優贛2號的研究結果[7]一致；而盧志紅等研究認為，Cr6+濃度高于1.0 mg/L時發芽率會受到抑制，鉻濃度高于5 mg/L時對發芽勢有極顯著影響，較本研究中開始抑制發芽率和發芽勢的濃度低[6]。

從對幼苗生長的影響來看，低濃度的Cr3+能增加越光和IR24的苗高，而低濃度的Cr3+就已經對粗根26和文稻14的幼苗起一定的抑制作用，表明不同品種對重金屬鉻的敏感性存在差異，品種間的差異性為遺傳研究及品種選育提供材料。在本研究中，10 mg/L Cr3+對幼苗根的抑制作用不明顯，而當Cr3+濃度提高到100 mg/L時，根長和根數被嚴重抑制，這與很多重金屬處理的結果[12]相似，其原因包括：（1）可能胚根最先突破種皮，對重金屬的吸收較胚芽早，相對積累量大；（2）根的主要功能是用來吸收水分和礦質元素的，重金屬進入根細胞內，通過根細胞壁中大量交換位點將重金屬離子加以固定，從而阻止重金屬離子進一步向地上部分轉移，因此，根是植物體中最易受重金屬毒性影響的部位[13]。

趙婷等研究發現，在相同濃度的鉻處理下，不同品種的發芽率和發芽勢差異顯著[9]，而本試驗中鉻對不同水稻品種發芽勢和發芽率的抑制作用沒表現出明顯的差異。在高濃度鉻處理下，文稻14的根長、根數和幼苗鮮質量均大于其他3個品種，表現出一定的耐鉻性。本試驗僅研究了Cr3+對種子萌發及幼苗生長的形態指標的影響，而關于鉻脅迫下各品種生理指標的變化情況還有待作進一步深入研究。

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