铜、铅、镉对不同水稻品种种子萌发的影响

马孟莉+卢丙越+苏一兰+孟衡玲+李春燕

摘要：以17份水稻品种为研究材料，分别用不同浓度的硫酸铜、醋酸铅和氯化镉进行胁迫处理，测量处理后不同品种种子发芽率，以研究铜（Cu）、铅（Pb）、镉（Cd）对水稻种子萌发的影响。结果表明，随着Cu2+、Pb2+浓度升高，水稻种子发芽率逐渐降低，且不同品种对Cu2+的耐受性差异显著，其中Cu2+对水稻种子萌发的抑制作用更加明显;Cd2+对水稻发芽率的影响相对较小，在200 mg/L高浓度处理下发芽率依然维持在70%以上;各品种重金属的耐受性比较结果表明，粳稻对铜和铅的耐性较籼稻强，而镉胁迫下粳稻和籼稻种子萌发未表现出明显的差异。

关键词：水稻;铜;铅;镉;种子萌发

中图分类号： S511.01 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）04-0079-03

收稿日期：2014-05-03

基金项目：云南省应用基础研究计划（编号：2013FZ124）;云南省教育厅科学研究基金一般项目（编号：2013Y066）。

作者简介：马孟莉（1985—），女，云南曲靖人，硕士，助教，从事作物栽培、精确农业研究。Tel：（0873）3698575;E-mail：mamlsky@126.com。

通信作者：卢丙越，博士，讲师。E-mail：lby202@126.com。

水稻是我国的主要粮食作物，全国一半以上的人口以稻米为主食。近年来，由于工农业的迅猛发展，重金属污染问题日趋严重，铜、铅、镉是土壤中最普遍和危害较强的重金属。其中铜既是植物生长发育所必需的微量营养元素，也是重要的环境污染物之一[1]，适合植物生长的土壤铜含量范围很窄，土壤中稍微过量的铜就会对植物产生毒害作用[2];铅和镉在自然界中广泛存在，虽然不是植物体必需元素，但能通过植物体的吸收、浓缩，最终通过食物链影响人类的健康[3]。有研究表明，铅、镉含量超过一定值就会影响水稻种子萌发、幼苗生长，最终影响稻米产量和品质[4-6]。本研究以17份水稻品种为研究对象，用不同浓度的铜、铅和镉进行胁迫处理，研究不同重金属对水稻种子萌发的影响，旨在明确铜、铅和镉对水稻种子萌发的影响及各品种耐性差异，筛选重金属耐性较强的水稻品种，为进一步遗传研究及品种选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

17份水稻品种由南京农业大学水稻研究所及云南省农业科学院提供，其中9311、IR24、滇屯502、凡4、丰优2号、红优7号、南京11、培矮64、文稻14、云恢290为籼稻;Asominori、楚粳28、粗根26、金南风、南粳35、日本晴、越光为粳稻。试验所用的CuSO4·5 H2O、Pb（COOH）2、CdCl2·2.5H2O均为分析纯试剂。

1.2 试验方法

将收获的成熟种子置于50 ℃烘箱中48 h破除种子休眠，用0.5% NaClO溶液消毒20 min，蒸馏水反复清洗后整齐地排列在铺有2层滤纸的9 cm培养皿中，每皿100粒，分别加入不同浓度的铜、铅、镉溶液15 mL。Cu2+溶液用CuSO4·5H2O配制，浓度分别为50、100、200 mg/L（以Cu2+计）;Pb2+溶液用Pb（COOH）2配制，浓度分别为100、300、600 mg/L（以Pb2+计）;Cd2+溶液用CdCl2·2.5H2O配制，浓度分别为10、20、100、200 mg/L（以Cd2+计）;双蒸水培养为对照（CK）处理。每个处理设3次重复，于30 ℃和100%相对湿度条件下发芽，以胚根或胚芽超过半粒种子长作为发芽标准，统计第7天的发芽率。

1.3 数据处理

用Excel 2007进行数据处理及图表绘制，用SPSS 13.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 铜对不同水稻品种种子萌发的影响

从表1可以看出，随着铜胁迫浓度升高，各水稻品种发芽率均呈逐渐下降趋势，且不同品种对铜的敏感性差异明显。Asominori、IR24、粗根26、金南风、南粳35、日本晴、越光对铜的耐受性较强，而9311、滇屯502、凡4、丰优2号、南京11、文稻14、云恢290在200 mg/L处理浓度下发芽率为0，表现对铜极强的敏感性。由此可见，粳稻较籼稻对铜胁迫具有更强的耐受性。

2.2 铅对不同水稻品种种子萌发的影响

由表2可知，Pb2+浓度为100 mg/L时，各品种仍具有较高的发芽率，其中部分品种发芽率与CK相比差异不显著;当胁迫浓度升高到300 mg/L时，各品种发芽率与对照相比差异均达到显著水平，其中凡4、丰优2号和文稻14的发芽率下降到10%以内，而南京11和越光的发芽率依然维持在90%左右;当胁迫浓度升高到600 mg/L时，IR24、红优7号和云恢290的发芽率也降到10%以内，而日本晴和越光的发芽率依然在80%以上。由此可见，粳稻较籼稻对铅胁迫具有更强的耐受性，与铜胁迫处理表现相似。

表1 不同浓度的铜胁迫对水稻种子萌发的影响

品种

水稻种子发芽率（%）

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

丰优2号 99.00±1.00a 28.67±1.53b 0.00±0.00c 0.00±0.00c

红优7号 100.00±0.00a 45.00±1.00b 8.33±1.53c 4.33±0.58d

金南风 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：同行不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下表同。

表2 不同浓度的铅胁迫对水稻种子萌发的影响

品种

水稻种子发芽率（%）

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

丰优2号 99.00±1.00a 83.67±1.15b 0.00±0.00c 0.00±0.00c

红优7号 100.00±0.00a 90.33±1.53b 23.67±3.06c 1.67±1.15d

金南风 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 镉对不同水稻品种种子萌发的影响

由表3可以看出，在镉浓度为5～100 mg/L时，随着处理浓度升高，各品种的发芽率既有升高也有降低，无明显的规律。在200 mg/L 高浓度胁迫下，各品种的发芽率与对照组相比均有所下降，表现出一定抑制作用，其中抑制最严重的是粗根26，发芽率降低了27.76%，抑制最轻的是日本晴，发芽率只降低了0.34%，而多数品种的发芽率在高浓度处理下依然维持在90%左右，说明低浓度的镉溶液对水稻种子的发芽率影响不大，高浓度的镉溶液对水稻种子萌发有一定的抑制作用，但并未表现出明显的籼粳差异。

表3 不同浓度镉胁迫对水稻种子萌发的影响

品种

水稻种子发芽率（%）

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

丰优2号 99.00±1.00a 98.67±0.58a 97.33±0.58a 97.33±0.58a 95.00±1.73b

红优7号 100.00±0.00a 95.67±0.58b 98.67±0.58a 95.33±1.53b 94.67±0.58b

金南风 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 结论与讨论

种子萌发是植物生命进程的起点，也是植物最早接受重金属胁迫的阶段[6]。丁园等以先农10号、20号、40号为研究材料，用10、20、30、40 mg/L CuSO4·5H2O进行处理，结果表明不同浓度的处理对水稻种子萌发无明显的抑制作用[7-8]，这与本研究中铜对水稻种子萌发具有明显的抑制作用不一致，可能是因为丁园等的研究材料较少、处理浓度偏低;而刘登义等研究表明高浓度的铜对大豆和小麦种子萌发具有抑制作用[9]。关于Pb2+对水稻种子萌发影响的相关报道很多，所得结论也不尽相同[3，4，6，10]，本研究中100 mg/L铅胁迫下对种子萌发已有一定的抑制作用，当浓度升高到 300 mg/L 时部分品种的发芽被严重抑制，而当浓度增大到600 mg/L时多数品种的发芽率降至50%以下，但也有像日本晴、越光等品种的发芽率依然保持在80%以上，表明铅对水稻种子萌发的抑制作用存在种间差异。已有研究表明，低浓度的镉能够促进水稻种子的萌发，高浓度的镉对水稻种子萌发有一定的抑制作用，而在种子萌发指标中受抑制最轻的是发芽率[11-13]，本研究中低浓度的镉对种子萌发未表现出明显的促进作用，这与前人研究结果不一致，可能与低浓度的设定值不同有关;高浓度处理下发芽率略有下降，与前人研究的结果一致。粳稻和籼稻重金属胁迫耐受性比较分析表明，粳稻较籼稻对铜、铅有更强的耐性，目前未见类似的报道，这可能与籼粳分化有一定的关系，须进一步研究加以证明;曾翔等对319份水稻品种镉胁迫进行分析，结果表明，粳稻较籼稻对镉更敏感，而本研究中粳稻和籼稻对镉胁迫未表现出明显的差异[14]。

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