銅、鉛、鎘對不同水稻品種種子萌發的影響

馬孟莉+盧丙越+蘇一蘭+孟衡玲+李春燕

摘要：以17份水稻品種為研究材料，分別用不同濃度的硫酸銅、醋酸鉛和氯化鎘進行脅迫處理，測量處理后不同品種種子發芽率，以研究銅（Cu）、鉛（Pb）、鎘（Cd）對水稻種子萌發的影響。結果表明，隨著Cu2+、Pb2+濃度升高，水稻種子發芽率逐漸降低，且不同品種對Cu2+的耐受性差異顯著，其中Cu2+對水稻種子萌發的抑制作用更加明顯;Cd2+對水稻發芽率的影響相對較小，在200 mg/L高濃度處理下發芽率依然維持在70%以上;各品種重金屬的耐受性比較結果表明，粳稻對銅和鉛的耐性較秈稻強，而鎘脅迫下粳稻和秈稻種子萌發未表現出明顯的差異。

關鍵詞：水稻;銅;鉛;鎘;種子萌發

中圖分類號： S511.01 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0079-03

收稿日期：2014-05-03

基金項目：云南省應用基礎研究計劃（編號：2013FZ124）;云南省教育廳科學研究基金一般項目（編號：2013Y066）。

作者簡介：馬孟莉（1985—），女，云南曲靖人，碩士，助教，從事作物栽培、精確農業研究。Tel：（0873）3698575;E-mail：mamlsky@126.com。

通信作者：盧丙越，博士，講師。E-mail：lby202@126.com。

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。近年來，由于工農業的迅猛發展，重金屬污染問題日趨嚴重，銅、鉛、鎘是土壤中最普遍和危害較強的重金屬。其中銅既是植物生長發育所必需的微量營養元素，也是重要的環境污染物之一[1]，適合植物生長的土壤銅含量范圍很窄，土壤中稍微過量的銅就會對植物產生毒害作用[2];鉛和鎘在自然界中廣泛存在，雖然不是植物體必需元素，但能通過植物體的吸收、濃縮，最終通過食物鏈影響人類的健康[3]。有研究表明，鉛、鎘含量超過一定值就會影響水稻種子萌發、幼苗生長，最終影響稻米產量和品質[4-6]。本研究以17份水稻品種為研究對象，用不同濃度的銅、鉛和鎘進行脅迫處理，研究不同重金屬對水稻種子萌發的影響，旨在明確銅、鉛和鎘對水稻種子萌發的影響及各品種耐性差異，篩選重金屬耐性較強的水稻品種，為進一步遺傳研究及品種選育奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

17份水稻品種由南京農業大學水稻研究所及云南省農業科學院提供，其中9311、IR24、滇屯502、凡4、豐優2號、紅優7號、南京11、培矮64、文稻14、云恢290為秈稻;Asominori、楚粳28、粗根26、金南風、南粳35、日本晴、越光為粳稻。試驗所用的CuSO4·5 H2O、Pb（COOH）2、CdCl2·2.5H2O均為分析純試劑。

1.2 試驗方法

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，分別加入不同濃度的銅、鉛、鎘溶液15 mL。Cu2+溶液用CuSO4·5H2O配制，濃度分別為50、100、200 mg/L（以Cu2+計）;Pb2+溶液用Pb（COOH）2配制，濃度分別為100、300、600 mg/L（以Pb2+計）;Cd2+溶液用CdCl2·2.5H2O配制，濃度分別為10、20、100、200 mg/L（以Cd2+計）;雙蒸水培養為對照（CK）處理。每個處理設3次重復，于30 ℃和100%相對濕度條件下發芽，以胚根或胚芽超過半粒種子長作為發芽標準，統計第7天的發芽率。

1.3 數據處理

用Excel 2007進行數據處理及圖表繪制，用SPSS 13.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 銅對不同水稻品種種子萌發的影響

從表1可以看出，隨著銅脅迫濃度升高，各水稻品種發芽率均呈逐漸下降趨勢，且不同品種對銅的敏感性差異明顯。Asominori、IR24、粗根26、金南風、南粳35、日本晴、越光對銅的耐受性較強，而9311、滇屯502、凡4、豐優2號、南京11、文稻14、云恢290在200 mg/L處理濃度下發芽率為0，表現對銅極強的敏感性。由此可見，粳稻較秈稻對銅脅迫具有更強的耐受性。

2.2 鉛對不同水稻品種種子萌發的影響

由表2可知，Pb2+濃度為100 mg/L時，各品種仍具有較高的發芽率，其中部分品種發芽率與CK相比差異不顯著;當脅迫濃度升高到300 mg/L時，各品種發芽率與對照相比差異均達到顯著水平，其中凡4、豐優2號和文稻14的發芽率下降到10%以內，而南京11和越光的發芽率依然維持在90%左右;當脅迫濃度升高到600 mg/L時，IR24、紅優7號和云恢290的發芽率也降到10%以內，而日本晴和越光的發芽率依然在80%以上。由此可見，粳稻較秈稻對鉛脅迫具有更強的耐受性，與銅脅迫處理表現相似。

表1 不同濃度的銅脅迫對水稻種子萌發的影響

品種

水稻種子發芽率（%）

CK 50 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

9311 98.67±0.58a 91.67±0.58b 29.33±1.15c 0.00±0.00d

Asominori 98.00±0.00a 63.33±0.58b 45.67±1.53c 7.67±0.58d

IR24 94.33±6.35a 78.00±2.00b 52.00±1.00c 11.67±1.15d

楚粳28 100.00±0.00a 81.00±1.00b 35.33±2.08c 0.33±0.58d

粗根26 99.67±0.58a 93.33±1.15b 46.33±1.15c 35.33±0.58d

滇屯502 99.33±0.58a 89.67±0.58b 13.33±0.58c 0.00±0.00d

凡4 100.00±0.00a 10.33±0.58b 0.33±0.58c 0.00±0.00c

豐優2號 99.00±1.00a 28.67±1.53b 0.00±0.00c 0.00±0.00c

紅優7號 100.00±0.00a 45.00±1.00b 8.33±1.53c 4.33±0.58d

金南風 98.67±0.58a 83.67±1.15b 16.33±1.53c 13.33±0.58d

南京11 97.67±0.58a 76.00±1.00b 41.00±1.00c 0.00±0.00d

南粳35 98.67±0.58a 75.67±1.15b 47.67±2.08c 22.00±1.00d

培矮64 97.33±0.58a 60.33±2.52b 3.33±0.58c 1.33±0.58c

日本晴 98.00±1.00a 94.33±0.58b 45.67±0.58c 25.00±1.00d

文稻14 99.00±1.00a 20.67±0.58b 10.67±0.58c 0.00±0.00d

越光 100.00±0.00a 85.33±0.58b 51.00±1.00c 16.00±1.00d

云恢290 99.67±0.58a 58.00±1.73b 1.67±0.58c 0.00±0.00c

注：同行不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。下表同。

表2 不同濃度的鉛脅迫對水稻種子萌發的影響

品種

水稻種子發芽率（%）

CK 100 mg/L 300 mg/L 600 mg/L

9311 98.67±0.58a 98.67±0.58a 81.67±2.52b 21.67±1.15c

Asominori 98.00±0.00a 71.33±1.53b 46.67±1.53c 39.67±1.53d

IR24 94.33±6.35a 92.67±2.08a 72.00±1.00b 7.67±1.53c

楚粳28 100.00±0.00a 95.33±0.58b 87.00±1.00c 73.67±0.58d

粗根26 99.67±0.58a 96.67±0.58b 88.67±0.58c 72.67±2.08d

滇屯502 99.33±0.58a 97.33±0.58a 31.00±2.00b 19.33±0.58c

凡4 100.00±0.00a 96.67±1.15b 6.67±0.58c 0.00±0.00d

豐優2號 99.00±1.00a 83.67±1.15b 0.00±0.00c 0.00±0.00c

紅優7號 100.00±0.00a 90.33±1.53b 23.67±3.06c 1.67±1.15d

金南風 98.67±0.58a 97.00±1.00a 89.00±1.73b 78.33±1.53c

南京11 97.67±0.58a 90.67±0.58b 91.33±5.77b 69.67±0.58c

南粳35 98.67±0.58a 88.33±1.53b 83.00±2.65c 47.67±0.58d

培矮64 97.33±0.58a 91.67±0.58b 45.00±2.00c 35.67±1.15d

日本晴 98.00±1.00a 90.67±0.58b 84.67±1.53c 84.00±1.00c

文稻14 99.00±1.00a 70.67±1.53b 8.67±1.15c 5.00±1.00d

越光 100.00±0.00a 94.33±1.15b 90.00±2.00c 85.67±0.58d

云恢290 99.67±0.58a 87.00±1.73b 32.67±2.52c 7.00±0.00d

2.3 鎘對不同水稻品種種子萌發的影響

由表3可以看出，在鎘濃度為5～100 mg/L時，隨著處理濃度升高，各品種的發芽率既有升高也有降低，無明顯的規律。在200 mg/L 高濃度脅迫下，各品種的發芽率與對照組相比均有所下降，表現出一定抑制作用，其中抑制最嚴重的是粗根26，發芽率降低了27.76%，抑制最輕的是日本晴，發芽率只降低了0.34%，而多數品種的發芽率在高濃度處理下依然維持在90%左右，說明低濃度的鎘溶液對水稻種子的發芽率影響不大，高濃度的鎘溶液對水稻種子萌發有一定的抑制作用，但并未表現出明顯的秈粳差異。

表3 不同濃度鎘脅迫對水稻種子萌發的影響

品種

水稻種子發芽率（%）

CK 10 mg/L 20 mg/L 100 mg/L 200 mg/L

9311 98.67±0.58a 97.67±0.58a 96.33±1.15b 90.67±0.58c 88.67±0.58d

Asominori 98.00±0.00a 95.67±0.58bc 96.33±0.58b 96.00±0.00bc 95.00±1.00c

IR24 94.33±6.35a 90.67±1.53a 88.33±1.53a 82.33±1.53b 80.33±2.08b

楚粳28 100.00±0.00a 97.33±0.58b 97.33±1.15b 95.00±1.00c 90.67±1.15d

粗根26 99.67±0.58a 81.67±0.58b 80.00±1.00b 75.67±1.15c 72.00±2.65d

滇屯502 99.33±0.58a 98.33±0.58a 95.33±1.15b 95.00±2.00b 90.67±1.53c

凡4 100.00±0.00a 98.00±1.00b 99.33±0.58a 95.67±0.58c 89.00±1.00d

豐優2號 99.00±1.00a 98.67±0.58a 97.33±0.58a 97.33±0.58a 95.00±1.73b

紅優7號 100.00±0.00a 95.67±0.58b 98.67±0.58a 95.33±1.53b 94.67±0.58b

金南風 98.67±0.58a 95.33±1.15b 97.33±0.58a 95.67±0.58b 93.00±1.00c

南京11 97.67±0.58a 95.67±1.15b 93.67±0.58b 94.33±1.15b 90.33±1.53b

南粳35 98.67±0.58a 98.67±0.58a 98.33±1.15a 97.67±0.58a 95.67±0.58b

培矮64 97.33±0.58a 95.67±1.53b 93.33±0.58b 88.67±1.15c 85.67±1.15d

日本晴 98.00±1.00b 99.67±0.58a 98.67±0.58ab 98.33±0.58b 97.67±0.58b

文稻14 99.00±1.00a 98.67±0.58a 97.67±0.58a 96.00±1.00b 93.33±0.58c

越光 100.00±0.00a 98.33±1.53ab 97.33±0.58b 97.67±1.15b 95.00±1.00c

云恢290 99.67±0.58a 95.67±1.53b 95.33±0.58b 92.67±1.53c 88.33±0.58d

3 結論與討論

種子萌發是植物生命進程的起點，也是植物最早接受重金屬脅迫的階段[6]。丁園等以先農10號、20號、40號為研究材料，用10、20、30、40 mg/L CuSO4·5H2O進行處理，結果表明不同濃度的處理對水稻種子萌發無明顯的抑制作用[7-8]，這與本研究中銅對水稻種子萌發具有明顯的抑制作用不一致，可能是因為丁園等的研究材料較少、處理濃度偏低;而劉登義等研究表明高濃度的銅對大豆和小麥種子萌發具有抑制作用[9]。關于Pb2+對水稻種子萌發影響的相關報道很多，所得結論也不盡相同[3，4，6，10]，本研究中100 mg/L鉛脅迫下對種子萌發已有一定的抑制作用，當濃度升高到 300 mg/L 時部分品種的發芽被嚴重抑制，而當濃度增大到600 mg/L時多數品種的發芽率降至50%以下，但也有像日本晴、越光等品種的發芽率依然保持在80%以上，表明鉛對水稻種子萌發的抑制作用存在種間差異。已有研究表明，低濃度的鎘能夠促進水稻種子的萌發，高濃度的鎘對水稻種子萌發有一定的抑制作用，而在種子萌發指標中受抑制最輕的是發芽率[11-13]，本研究中低濃度的鎘對種子萌發未表現出明顯的促進作用，這與前人研究結果不一致，可能與低濃度的設定值不同有關;高濃度處理下發芽率略有下降，與前人研究的結果一致。粳稻和秈稻重金屬脅迫耐受性比較分析表明，粳稻較秈稻對銅、鉛有更強的耐性，目前未見類似的報道，這可能與秈粳分化有一定的關系，須進一步研究加以證明;曾翔等對319份水稻品種鎘脅迫進行分析，結果表明，粳稻較秈稻對鎘更敏感，而本研究中粳稻和秈稻對鎘脅迫未表現出明顯的差異[14]。

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