硒對釩和鎘脅迫下水稻種子萌發和幼苗活力的影響

摘 要：種子萌發是植物生長周期中最關鍵的階段之一。高濃度的重金屬影響植物種子的萌發和生長，而硒可以緩解重金屬的毒性作用。基于此，本文采用水培試驗，將硒（10 μmol/L）處理和不處理的水稻種子暴露于不同濃度的釩溶液（0、300、600、1 200 μmol/L）和鎘溶液（0、100、250、500 μmol/L）中，測定不同時間水稻種子萌發、幼苗生長等不同參數。結果表明，釩和鎘脅迫降低了發芽率、芽和根長、芽長活力指數、電解質滲漏量、芽重活力指數、發芽指數、出芽率和日平均萌芽率，延長了50%種子發芽所需的時間，且釩、鎘濃度越高，抑制效果越明顯。試驗還表明，稻種進行硒處理，能明顯降低釩和鎘對種子萌發和生長的影響。

關鍵詞：水稻;硒;釩;鎘;萌發;生長

一、材料和方法

（一）試驗材料

采用揚兩優6號水稻種子進行試驗。揚兩優6號，由江蘇里下河地區農業科學研究所提供，是優秀水稻兩系雜交種。

試驗中所用的藥品試劑有次氯酸鈉、亞硒酸鈉、硝酸鎘、偏釩酸銨，所用試劑均為國產分析純（AR）試劑。

（二）試驗設計與處理

選取大小一致、籽粒飽滿的水稻種子，用2%次氯酸鈉溶液表面滅菌

15 min，然后用蒸餾水洗滌多次。將該種子分為2組，第1組的種子置于

10 μmol/L硒溶液中24 h，第2組的種子放入蒸餾水（不含硒）中24 h。24 h后，將50粒種子放入20 cm直徑的培養皿中。每個培養皿的底部用2層濾紙覆蓋。將種子放入每個培養皿中后，加入5 mL蒸餾水（對照：浸在水中和硒溶液中的種子），然后將偏釩酸銨配成濃度為300、600、1 200 μmol/L的釩溶液和用硝酸鎘配成濃度為100、250、500 μmol/L的鎘溶液，按照處理方案輸入各個培養皿中。按照完全隨機設計，每個處理進行3次重復，為期23 d。生長室溫度控制在22～25 ℃，相對濕度控制在70%。每天更換釩溶液、鎘溶液和蒸餾水，以保持處理溶液的濃度恒定，為種子的發芽提供最佳水分條件。

（三）試驗方法

試驗需要測定的參數有種子出芽率、發芽率、日平均發芽率、發芽指數、幼苗質量、芽重活力指數、幼苗高度（芽）和芽長活力指數、電導率及50%發芽所需時間。前7 d對種子的出芽（初生根從種皮冒出可見）和萌芽（初生根長短≥2 mm長）數量進行收集，然后在第9天和第11天進行收集。在初次和中間收集數據時，應從每個培養皿中將腐爛的種子丟棄并計數，只有那些處于發芽過程中的種子和未發芽的種子才留在培養皿中。試驗第11天之后，不再繼續考慮發芽，使用每個培養皿中10個發芽種子測量其質量和長度。在試驗過程中，每天更換溶液，并用電導儀測其電導率。最后將收集到的數據根據公式進行計算，得出結果。

（四）統計分析

所有收集的數據都使用SAS軟件進行分析。首先進行方差分析，并且將處理方法通過多重極差Duncan檢驗評估比較，以確定P≤0.05的顯著性水平。

二、結果與分析

（一）種子發芽率

本試驗條件下，高濃度的釩和鎘嚴重影響種子發芽和水稻幼苗生長參數。與對照相比，隨著釩溶液和鎘溶液濃度的增加，發芽率逐漸降低;在500 μmol/L

鎘溶液和1 200 μmol/L釩溶液中，未用硒處理的種子發芽率減少量最大，分別約為52%和60%。然而，種子用硒處理顯著增加了發芽率。水稻種子用硒處理有效地提高了這兩種金屬所有水平的種子發芽率，但是對于較高濃度的鎘

（500 μmol/L）和釩（1 200 μmol/L）溶液，硒引發的效應最低。總體而言，應用硒處理的水稻種子可以緩解鎘和釩的毒性，提高種子發芽率。

（二）種子出芽率

在鎘和釩的高濃度水平下，種子出芽率最低。當水稻種子暴露于500 μmol/L

鎘溶液和1 200 μmol/L釩溶液中，沒有用硒處理時，種子出芽率分別降低了48%和58%。然而，水稻種子用硒處理有效地增加了種子出芽率，但是在高水平的鎘和釩濃度下，硒引發的緩解作用最低。總的來說，硒增強了兩種金屬脅迫下水稻種子的出芽率。

（三）發芽指數

由于濃度不同或硒引發的抗金屬毒性，鎘和釩脅迫在不同水平下對含有和不含硒的水稻種子的發芽指數的影響是不同的。隨著兩種金屬濃度的增加，發芽指數逐漸下降。當水稻種子暴露于500 μmol/L鎘溶液和1 200 μmol/L釩溶液中，沒有用硒處理時，發芽指數下降最高，分別降為10.8和8.5。另外，在所有劑量的鎘和釩溶液中，水稻種子用硒處理增加了發芽指數。

（四）日平均發芽率

與對照組相比，不同水平的鎘和釩處理中，未用硒處理的水稻種子的平均日發芽率顯著降低（P≤0.05），并且相對于對照組，高濃度的鎘（500 μmol/L）

和釩（1 200 μmol/L）溶液下日平均發芽率降低程度最大。然而，在所有水平的鎘和釩處理下，水稻種子用硒處理可以顯著提高日平均發芽率，但是對于高劑量的兩種金屬，可以觀察到硒引發的效應最低。

（五）芽長和種子生物量，芽長活力指數與芽重活力指數

與暴露于鎘和釩溶液中未用硒處理的水稻種子相比，對照組的水稻種子芽長度明顯增加（P≤0.05），并且隨著兩種金屬濃度的增加，逐漸減少了芽的長度以及降低了水稻種子的生物量。水稻種子在不含硒的情況下，500 μmol/L鎘溶液和

1 200 μmol/L釩溶液處理下，芽的長度最短，幼苗生物量最小，分別為3.1、

1.9 cm和2.1、1.1 g。與對照組相比，不同水平鎘和釩處理下，用硒處理和未用硒處理的幼苗芽長度與種子生物量都顯著降低（P≤0.05）。與對照組相比，幼苗暴露于500 μmol/L鎘溶液和1 200 μmol/L釩溶液中，可以觀察到芽長活力指數降低約7.4、14.3倍，芽重活力指數降低了約7.2、16.4倍。然而，種子用硒處理之后，幼苗的芽長活力指數、芽重活力指數明顯變大，表現出對兩種金屬毒性的耐受性，并且增強該耐受性的可能原因僅為硒的添加。

（六）電解質泄漏量

取鎘溶液和釩溶液4次，通過電導率檢測電解質泄漏量。在第4次采樣時，觀察到電導率最大，即電解質滲漏量最大，表明金屬溶液與種子長時間相互作用可能嚴重損害種皮。當種子暴露于高濃度的鎘溶液和釩溶液中且沒有用硒處理時，檢測到電解質滲漏量最大。而種子用硒處理有助于穩定種皮，甚至在12 d

萌發后也會減少電解質滲漏量。

（七）50%種子發芽所需的時間

當未用硒處理時，鎘和釩溶液的添加對水稻種子50%種子發芽所需的時間的影響顯著。濃度為100、250 μmol/L的鎘溶液和300、600 μmol/L的釩溶液均顯著增加了水稻種子的50%種子發芽所需的時間。僅用鎘和釩處理的水稻種子達到50%的萌芽需要很長的時間，如用500 μmol/L的鎘溶液處理種子時，達到50%種子發芽所需的時間為6.1 d;用1 200 μmol/L的釩溶液處理種子時，達到50%種子發芽所需的時間為6.5 d。而當種子暴露于較低濃度的鎘溶液和釩溶液中時，達到50%種子發芽所需的時間較早。然而，用硒處理的種子有效減少了達到50%種子發芽所需的時間，特別是在較低劑量下。

三、討論

本試驗條件下，鎘和釩脅迫對水稻種子的出芽產生顯著的影響。重金屬抑制種子的細胞分裂，進而影響種子的出芽。出芽的減少可能是由于金屬的添加破壞了種皮，并進入種皮影響種子的代謝過程[1]。

一些參數，如發芽率和植物高度被用作植物金屬毒性的指標。發芽率的差異清楚地顯示了鎘和釩對水稻種子萌發的毒性作用。在較低的鎘和釩濃度下，發芽率不被抑制，表明低濃度的鎘和釩溶液在萌發階段毒性不大，但是高濃度明顯地降低了發芽率，表明高濃度鎘和釩溶液對種子萌發都是不利的。然而，發芽指數與鎘和釩濃度呈負相關，隨著濃度的增加，發芽指數大大減少。日平均發芽率也受到鎘和釩的強烈影響，然而在較低濃度下，兩種金屬對日平均發芽率的影響并不嚴重;隨著鎘和釩濃度的升高，日平均發芽率逐漸降低。日平均發芽率的降低可能是由于金屬釩和鎘抑制氧的吸收，干擾存儲在種子中營養物質的運輸，并且損害細胞膜的選擇透過性。與植物種類一樣，植物器官對于金屬的積累和適應性也有差異，因此水稻種子的萌發也具有差異性。

鎘和釩濃度越高，對種子的萌發和50%種子發芽所需的時間的影響也越大。50%種子發芽所需的時間與釩濃度呈正相關關系，即隨著釩濃度的升高，50%種子發芽所需的時間逐漸延長。此外，500 μmol/L鎘溶液和1 200 μmol/L釩溶液最大限度地延遲了在所有處理過程中沒有進行硒化處理的50%種子發芽所需的時間。金屬毒素對種皮和代謝造成嚴重的影響，并且影響種子內細胞膜的選擇透過性[2]，這個因素可能是延長50%種子發芽所需的時間的主要原因。

植物生長性狀（如高度和生物量）是抵抗金屬脅迫的最佳指標。本研究結果表明，鎘和釩脅迫對所述性狀有廣泛的影響。鎘和釩的應用影響發芽率，將處于發芽狀態的種子連續暴露于金屬溶液中，植物高度和生物量明顯被抑制。

與硒處理的種子相比，所有不經過硒化處理的水稻幼苗的芽長顯著降低。高濃度的鎘和釩溶液中芽長度的減少可能是因為子葉和胚乳中分生細胞和酶活性的降低。減少幼苗長度的唯一可能的原因是幼苗暴露于金屬中，無法清除金屬的毒性。筆者還評估了不同濃度的鎘和釩溶液對植物生物量的影響。幼苗生物量隨鎘和釩濃度的增加而明顯降低。未經過硒處理的幼苗生物量與金屬濃度呈負相關。芽長的減少是由于鎘和釩是降低幼苗活力指數的主要因素。高濃度的金屬會破壞細胞分裂和其他主要生理機制，這可能就是降低幼苗活力指數的原因。

水稻種子電解質的滲出可能與兩種金屬濃度的增加相關，電解質的滲出反映了所有可溶性細胞成分的滲漏，鎘和釩濃度的升高增加了電解質的滲出程度。植物電解質的滲出主要是細胞膜損傷的反映，電解質的滲出主要是由于種子吸收金屬致使細胞膜破裂，進而導致細胞中溶質流失。

50%種子發芽所需的時間與其他指標之間呈負相關。在幼苗鮮生物量和發芽率之間檢測到最大相關系數0.990，而50%種子發芽所需的時間和芽長活力指數之間檢測到最低相關系數為-0.930。

四、結論

研究結果表明，鎘和釩對水稻種子萌發和初始幼苗生長具有抑制作用。較低濃度的兩種金屬（鎘和釩）顯著促進了種子的萌發，但低于對照組和硒處理的種子，并減少了50%種子發芽所需的時間。而較高濃度的兩種金屬（鎘和釩）溶液顯著降低種子的萌發率、鮮生物量、芽長活力指數，并延遲完成50%種子發芽所需的時間。水稻種子的硒處理顯著改善了所有觀察到的參數，這表明硒增強了對金屬脅迫的耐受性。需要進一步研究復合污染區，以檢查環境和植物不同部位中鎘和釩的各種含量。

參考文獻：

[1]何盈，熊文愷，何春梅.土壤重金屬污染及治理措施[J].江西農業學報，2006（3）：159-161.

[2]李芳，錢秋芳.土壤重金屬污染研究進展[J].安徽農學通報，2011（10）：80-82.