鉛對水稻種子萌發和幼苗生長的影響

鐘靜 饒勝 劉杉 黃晶晶

摘要：以湖北省廣泛種植的5個水稻（Oryza sativa L.）品種種子為材料，研究了不同硝酸鉛水平（0、50、100、300、500 mg/L）對水稻種子萌發和幼苗生長的影響，并比較分析了粳稻和秈稻對鉛離子脅迫的耐受性差異。結果表明，低濃度硝酸鉛對粳稻種子的萌發具有一定的促進作用；高濃度硝酸鉛對所有水稻種子萌發都具有十分顯著的抑制作用，且這種抑制作用隨著硝酸鉛濃度的升高而增強；同時鉛離子脅迫對5種水稻幼苗的生長都呈現出顯著的抑制作用；此外，在5種水稻品種中，粳稻表現出較好的鉛離子脅迫耐受性。

關鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；種子萌發；幼苗生長；鉛離子脅迫

中圖分類號：S511；Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）05-1109-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.05.006

Effects of Lead on Seed Germination and Seedling Growth of Rice

ZHONG Jing， RAO Sheng， LIU Bin， HUANG Jing-jing

（Hubei Key Laboratory of Purification and Application of Plant Anti-Cancer Active Ingredients/Hubei University of Education，Wuhan 430205，China）

Abstract： The effects of lead nitrate with different concentrations （0、50、100、300、500 mg/L） on seed germination and seedling growth of five rice varieties that widely cropped in Hubei province was studied， and the differences of Pb2+ stress between japonica and indicia were also analyzed and compared. The results showed that lead nitrate with low concentration could promote the seed germination of japonica， while high concentration could obviously inhibit seed germination of all rice varieties， and this inhibitory effect was enhanced with the increase of lead nitrate concentration. The Pb2+ stress on the growth of five rice seedlings emerged significant inhibition. Moreover， for five kinds of rice varieties， japonica showed better tolerance to Pb2+ stress than indicia.

Key words： rice（Oryza sativa L.）； seed germination； seedling growth； Pb2+ stress

隨著科技的進步，人類活動范圍不斷擴大和活動程度日益加深，對環境造成的污染問題也越來越嚴重。尤其是工業“三廢”、農業污水灌溉、農藥化肥以及含鉛防爆汽油的開發使用導致環境中鉛含量急劇增加[1，2]。當土壤中的有害重金屬積累到一定程度時，將導致土壤退化、農作物產量和品質降低，甚至可能通過直接接觸或食物鏈途徑危及人類的生命和健康[3，4]。因此研究重金屬鉛離子對植物尤其是對重要農作物水稻（Oryza sativa L.）萌發和生長的影響具有重要的現實意義。

種子萌發是植物生長發育的起點。在農業生產中較高的萌發率是培育壯苗的基礎，直接關系到農作物的產量，同時種子萌發率也是檢測種子質量好壞的重要指標之一[5]。近年來中國農田土壤鉛污染問題日益凸出，嚴重影響了水稻、小麥、玉米等農作物的生長。因此，本研究以湖北省廣泛種植的5個水稻品種為材料，研究了在不同濃度硝酸鉛處理條件下各品種的種子萌發率和幼苗生長情況，旨在了解湖北省不同品種水稻種子對鉛離子脅迫的耐受性，以期為湖北省水稻耐重金屬鉛污染及高產、高效水稻田間生產提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取湖北省廣泛種植的具有代表性的5個水稻品種（均購自湖北省種子總公司），分別為粳稻：珍珠糯和笑豐6號；秈稻：金優152、岡優364和兩優289。

1.2 試驗設計

挑選大小均勻﹑子粒飽滿的不同水稻品種種子，整齊排列在鋪有濾紙的培養皿中，每皿40粒種子。分別用50﹑100﹑300﹑500 mg/L Pb（NO3）2溶液進行萌發處理[每皿加相應體積的Pb（NO3）2溶液，溶液浸沒水稻種子體積的1/3，隨后每天更換溶液2～3次，保持培養皿濕潤]，以未添加Pb（NO3）2的去離子水為對照組，試驗重復3次，每個品種每種濃度處理至少120粒種子。培養皿置于人工培養箱中，溫度（25±1） ℃，光照周期為12 h光照/12 h黑暗。其后在種子萌發第三天和第七天時，測量種子萌發數并計算其萌發率（萌發率=萌發數/種子總數×100%），測量種子的苗高和主根長，最后利用SPSS軟件進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 Pb2+對水稻種子萌發的影響

于萌發的第三天統計了水稻種子的萌發率，結果見表1。從表1可知，萌發第三天所有未添加硝酸鉛對照組的水稻種子萌發率都在85%以上，萌發率較高，說明所購買的水稻種子均具有較好的生理活性。與對照相比，在50 mg/L Pb（NO3）2處理條件下，粳稻珍珠糯的萌發率顯著升高，其余4個品種的萌發率無明顯變化；在100 mg/L Pb（NO3）2處理條件下，珍珠糯的萌發率仍然保持升高的變化趨勢，同時秈稻岡優364萌發率受到顯著抑制，而其他3個水稻品種種子的萌發率無顯著變化。當硝酸鉛濃度升高至300 mg/L時，僅粳稻笑豐6號種子萌發率無明顯變化，其余水稻品種的萌發率都顯著下降；當硝酸鉛濃度繼續升高至500 mg/L時，笑豐6號種子萌發率才呈現出下降現象。

在萌發第七天時水稻種子萌發率的統計結果見表2。由表2可知，粳稻珍珠糯在中低濃度硝酸鉛（50和100 mg/L）處理條件下，種子萌發率雖然有一定的增高但是并不明顯；在高濃度硝酸鉛（300和500 mg/L）處理條件下，萌發率顯著下降。在硝酸鉛處理濃度達到500 mg/L時，笑豐6號種子萌發率仍然沒有明顯變化。中高濃度硝酸鉛處理對3種秈稻的萌發都起到抑制作用，其中岡優364種子萌發率在硝酸鉛處理濃度為100 mg/L時就開始顯著降低，而金優152和兩優289的種子萌發率分別在硝酸鉛處理濃度達到500和300 mg/L時才表現出顯著下降趨勢，說明岡優364種子的萌發較其他2種秈稻對硝酸鉛處理更為敏感。與萌發第三天的統計結果相比，珍珠糯、金優152和兩優289的萌發率具有相似的變化規律，說明硝酸鉛對這3種水稻種子萌發可能起著明顯的抑制作用。品種笑豐6號的種子在持續培養7 d后，其萌發率與對照相比并無顯著性差異，說明該品種水稻對硝酸鉛處理并不敏感，硝酸鉛處理對該品種種子萌發可能只起到延緩作用。

2.2 Pb2+對水稻幼苗生長的影響

為了進一步了解Pb2+脅迫對水稻幼苗生長的影響，在種子萌發第七天分別對幼苗苗高和主根根長進行了統計分析。圖1顯示，低濃度硝酸鉛處理對苗高影響較小，但是當硝酸鉛濃度達到100 mg/L后，水稻苗高開始呈現明顯的下降趨勢，其中珍珠糯、金優152、岡優364和兩優289的苗高表現出隨硝酸鉛濃度的升高而平穩下降的趨勢，而笑豐6號的苗高在100 mg/L硝酸鉛處理條件時急劇下降，當硝酸鉛濃度為300和500 mg/L時其苗高才開始呈現平穩下降趨勢。對水稻幼苗主根長度統計結果顯示，低濃度的硝酸鉛即對幼苗根的生長產生十分顯著的抑制作用。

3 小結與討論

鉛是一種毒性很大的重金屬元素，會對植物的生長發育造成不利影響。同樣鉛進入人體后，會對人體內多個器官和系統造成損傷，甚至致癌。隨著現代工業的發展、工業“三廢”的排放、礦藏的開采，越來越多的有毒重金屬鉛進入到人類生活環境中。據報道，早在20世紀90年代中國受污染耕地面積就已經占耕地總面積的8.3%，其中就包括重金屬鉛污染[6]。近年來的統計顯示，湖北省個別區域耕地中鉛污染甚至已經處于警戒級[6]。水稻是湖北省重要的糧食作物。土壤中的鉛污染會降低水稻的產量和品質，甚至可能通過食用危及人類的生命健康。因此研究鉛脅迫對水稻種子萌發和生長的影響，對于篩選在輕、中度鉛污染條件下仍能產出安全稻米的水稻種質材料具有重要的現實意義。

本試驗研究了在湖北省廣泛種植的5種水稻品種種子（包括2個粳稻和3個秈稻）對鉛離子脅迫的響應。結果顯示，中低濃度硝酸鉛處理對粳稻珍珠糯的萌發有一定促進作用，高濃度的硝酸鉛處理對其萌發具有顯著抑制作用，推測這可能是由于中低濃度的硝酸鉛能夠促使該品種種子在萌發時產生一種應激保護作用，加速了其體內的代謝活動以解毒；而在硝酸鉛濃度升高時，由于代謝活動的加快同時也加速了重金屬的進入，反過來又抑制了代謝活動，從而表現出毒害作用。對于粳稻笑豐6號而言，在高濃度的硝酸鉛（500 mg/L）處理條件下，萌發第三天其萌發率被抑制，而在第七天萌發率并無明顯變化，說明硝酸鉛對該品種萌發率可能只起到延遲效果，表明該水稻品種種子的萌發對硝酸鉛處理不敏感，具有一定的耐受性。3種秈稻品種的種子萌發率在硝酸鉛處理后呈現出較為類似的下降趨勢。相對而言，岡優364種子的萌發對硝酸鉛處理較其他兩個品種敏感。在相同濃度硝酸鉛處理條件下，5種水稻品種種子的萌發率表現不盡相同，推測這可能是由于不同品種種子的外部形態和內部結構存在差異，其吸收重金屬鉛的生理機制也不盡相同，因此真正吸收進入體內的鉛離子量各異，最終產生的毒害程度也各不相同。在高于50 mg/L硝酸鉛處理條件下，5種水稻品種的苗高生長均表現出明顯的抑制作用，其中笑豐6號苗高生長被抑制的程度最為明顯。對于主根生長而言，低濃度的硝酸鉛即能產生十分明顯的抑制作用。這可能是因為種子吸脹萌動時，胚根快速吸收、伸長并最先突破種皮，因此根部在鉛離子積累量和受其脅迫的時間上大于芽，因此根受毒害作用更深。

綜上分析可知，在5個水稻品種中，2個粳稻品種比3個秈稻品種對重金屬具有更好的耐性。其中粳稻中笑豐6號即使在高濃度鉛離子脅迫情況下，仍能保持較高的萌發率和較好的生長態勢。同時秈稻岡優364對鉛離子脅迫耐受性較差。在以后的耐鉛污染試驗和田間生產中可針對性地選擇粳稻笑豐6號進行試驗和種植。但是，對該品種較好的鉛耐受性生理機制研究還需要進一步的探討。

參考文獻：

[1] 閆 嬌，張永清，宋智萍，等.襄汾潰壩區土壤及農作物重金屬污染特征及風險評價[J].湖北農業科學，2014，53（20）：4821- 4825.

[2] 李 嵐，李耀初，周勁風，等.紫金礦業尾礦庫潰壩事故后黃華河流域土壤環境重金屬污染影響后評估[J].資源與環境，2013（28）：131-132.

[3] 張寶龍，陳美靜，辛士剛，等.鉛脅迫對植物光合作用影響的研究進展[J].安徽農業科學，2014，42（12）：3468-3470.

[4] 梁貴蓮，錢建平，張 力.我國鉛鋅礦污染特點及修復技術[J].礦業研究及開發，2011，31（4）：84-87.

[5] 蘇志龍，李 冬，羅銀玲，等.大葉茶種子萌發率及其與生長環境的相關性分析[J].云南農業大學學報，2013，28（4）：507-511.

[6] 樓蔓藤，秦俊法，李增禧，等.中國鉛污染的調查研究[J].廣東微量元素科學，2012（10）：15-34.