铬（Ⅲ）对不同水稻品种种子萌发及幼苗生长的影响

马孟莉　孟衡玲　雷恩　李春燕　苏一兰　卢丙越

摘要：以4个不同基因型水稻品种为研究材料，用不同浓度的硫酸铬进行处理，研究铬（Ⅲ）对水稻种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：不同浓度的Cr3+对水稻种子发芽率和发芽势的影响较小，且低浓度的Cr3+对水稻种子萌发有一定的促进作用；低浓度的Cr3+对水稻幼苗生长无明显抑制作用，随着处理浓度的升高，苗高、根长、根数呈下降趋势，其中对根的抑制作用最明显，Cr3+浓度≥100mg/L时，根数和根长被严重抑制；4个品种中文稻14对Cr3+表现出更强的耐性。

关键词：水稻；铬污染；预测；评价；种子萌发；幼苗生长

中图分类号：S511.01 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0074-03

水稻是世界主要粮食作物之一，我国有一半以上的人口以稻米为主食。随着现代农业的不断发展，农药、化肥的不合理施用及生活污水的大量排放，使得农田土壤的重金属污染日趋严重[1-3]。据调查，我国重金属污染的农田超过 0.2亿hm2，占我国耕地面积的1/5，其中铬污染甚为严重[4]，有研究表明我国稻田土壤中铬含量有明显升高的趋势[5]。种子萌发是植物生长的起点，也是对外界环境反应敏感的阶段。卢志红等研究发现，不同浓度的Cr6+对水稻种子萌发及出苗都有不良的影响[6]；叶利民等研究认为，低浓度的Cr6+对水稻种子萌发无抑制作用，当浓度大于50 mg/L时对种子萌发有显著的抑制作用[7]；而李义等在研究中指出，用低浓度的铬浸种可以促进水稻幼苗生长，当铬浓度达到8 mg/L时会严重抑制水稻生长[8]；赵婷等用不同浓度的铬对2个三系杂交稻品种进行处理，得出低浓度的铬在一定程度上能促进水稻种子萌发和幼苗生长，随着铬污染浓度的升高，水稻种子的萌发及幼苗的生长逐渐受到抑制，对根的抑制程度大于芽，且2个品种对铬的耐性差异明显[9]。铬有多种价态，其中仅三价铬和六价铬具有生物意义，六价铬的毒性强、危害大，是当前研究的热点[10]，而对三价铬的研究相对较少。本研究以4个不同基因型水稻品种为研究材料，用不同浓度的Cr3+进行处理，研究三价铬对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，为铬污染的预测、评价和防治提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

4个水稻品种由南京农业大学水稻所和云南省农业科学院提供，其中越光和粗根26为粳稻，IR24和文稻14为籼稻；试验所用Cr2（SO4）3和NaClO均为分析纯试剂。

1.2 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，加入不同浓度的Cr3+溶液15 mL。Cr3+溶液用Cr2（SO4）3配制，浓度分别为10、100、150、200 mg/L（以Cr3+计）；双蒸水培养为对照（CK）处理。每个处理设3 次重复，于30 ℃、100%相对湿度条件下发芽，1 d后开始观察水稻发芽情况，以后每隔1 d观察1次发芽率，3 d后统计发芽势，7 d后统计发芽率，10 d 后测量幼苗各项指标。

1.3 各项指标计算及测定方法

以胚根和/或胚芽超过半粒种子长为发芽标准，发芽率=全部发芽种子数/试验种子总数×100%，发芽势=规定时间内发芽种子数/试验种子总数×100%。随机选取5株/皿幼苗，用直尺测量幼苗长和主根长，并计算平均值；统计5株幼苗总根数，称量去除胚乳5株幼苗总鲜质量。

1.4 数据分析

用Excel 2007进行数据处理及图表绘制。

2 结果与分析

2.1 铬对水稻种子发芽率的影响

从表1可以看出，在10～150 mg/L Cr3+胁迫下，各品种的发芽率较CK略有升高或保持不变。当Cr3+浓度为200 mg/L 时，与CK相比，越光、粗根26和IR24的发芽率略有下降，而文稻14外的发芽率依然维持在99.33%。说明不同浓度的Cr3+对水稻品种种子发芽率影响较小，低浓度的Cr3+对发芽率有一定的促进作用，只有高浓度的Cr3+才会对发芽率产生抑制作用，但抑制作用并不明显，且并未表现出品种间的差异。

2.2 铬对水稻种子发芽势的影响

由表2可以看出，10～100 mg/L Cr3+胁迫下，越光和粗根26的发芽势较CK明显升高，而当Cr3+浓度≥150 mg/L时，发芽势随浓度的升高开始逐渐下降；IR24的发芽势在10 mg/L Cr3+浓度下较CK有所升高，当Cr3+浓度≥100 mg/L时，发芽势随浓度升高开始逐渐下降；文稻14的发芽势在10～100 mg/L Cr3+胁迫下略有升高，当浓度继续升高，发芽势开始下降。说明低浓度Cr3+能有效促进水稻种子的发芽势，而高浓度的Cr3+会对发芽势产生抑制作用。本研究中粳稻的发芽势在各处理条件下较籼稻弱，各品种对铬的响应未表现出明显的差异。

2.3 铬对水稻幼苗生长的影响

由图1-A可以看出，10 mg/L Cr3+处理下，越光和IR24的苗高较CK有所增加，而粗根26和文稻14的苗变矮；当处理浓度≥100 mg/L时，各品种的苗高均受到不同程度的抑制；说明低浓度的Cr3+能促进一些品种芽的伸长，当Cr3+浓度超过一定值后就会对苗高产生抑制。由图1-B可知，除越光外，10 mg/L Cr3+已经对根长起抑制作用，随着Cr3+浓度的升高，各品种的根长逐渐变短，在200 mg/L处理下，除文稻14外，其他品种幼苗根被完全抑制。由图1-C可知，Cr3+对水稻幼苗根数的影响与与根长相似，低浓度的Cr3+对根数无明显抑制作用，高浓度的Cr3+严重抑制根的形成。由图1-D可知，Cr3+对水稻幼苗鲜质量也有一定的影响，随着处理浓度的升高，鲜质量逐渐降低，受抑制程度较根长和根数轻。

3 结论与讨论

微量元素铬是植物生长发育所必需的，缺乏铬元素会影响植物的正常发育，但体内积累过量又会引起毒害作用[11]。本研究结果表明，低浓度的Cr3+对水稻种子萌发有一定的促进作用，高浓度的Cr3+对水稻种子萌发及幼苗生长均有一定的抑制作用，其中对根的抑制作用最明显。

从种子萌发情况来看，不同浓度的Cr3+对发芽率未表现出明显的抑制作用，且低浓度的Cr3+处理可提高水稻种子的发芽势，这与叶利民等以Cr6+处理协优赣2号的研究结果[7]一致；而卢志红等研究认为，Cr6+浓度高于1.0 mg/L时发芽率会受到抑制，铬浓度高于5 mg/L时对发芽势有极显著影响，较本研究中开始抑制发芽率和发芽势的浓度低[6]。

从对幼苗生长的影响来看，低浓度的Cr3+能增加越光和IR24的苗高，而低浓度的Cr3+就已经对粗根26和文稻14的幼苗起一定的抑制作用，表明不同品种对重金属铬的敏感性存在差异，品种间的差异性为遗传研究及品种选育提供材料。在本研究中，10 mg/L Cr3+对幼苗根的抑制作用不明显，而当Cr3+浓度提高到100 mg/L时，根长和根数被严重抑制，这与很多重金属处理的结果[12]相似，其原因包括：（1）可能胚根最先突破种皮，对重金属的吸收较胚芽早，相对积累量大；（2）根的主要功能是用来吸收水分和矿质元素的，重金属进入根细胞内，通过根细胞壁中大量交换位点将重金属离子加以固定，从而阻止重金属离子进一步向地上部分转移，因此，根是植物体中最易受重金属毒性影响的部位[13]。

赵婷等研究发现，在相同浓度的铬处理下，不同品种的发芽率和发芽势差异显著[9]，而本试验中铬对不同水稻品种发芽势和发芽率的抑制作用没表现出明显的差异。在高浓度铬处理下，文稻14的根长、根数和幼苗鲜质量均大于其他3个品种，表现出一定的耐铬性。本试验仅研究了Cr3+对种子萌发及幼苗生长的形态指标的影响，而关于铬胁迫下各品种生理指标的变化情况还有待作进一步深入研究。

参考文献：

[1]牟仁祥，陈铭学，朱智伟，等. 水稻重金属污染研究进展[J]. 生态环境，2004，13（3）：417-419.

[2]Mapanda F，Mangwayana E N，Nyamangara J，et al. The effect of long-term irrigation using wastewater on heavy metal contents of soils under vegetables in Harare，Zimbabwe[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2005，107（2/3）：151-165.

[3]Muchuweti M，Birkett J W，Chinyanga E，et al. Heavy metal content of vegetables irrigated with mixtures of wastewater and sewage sludge in Zimbabwe：implications for human health[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2006，112（1）：41-48.

[4]宋 波，高 定，陈同斌，等. 北京市菜地土壤和蔬菜铬含量及其健康风险评估[J]. 环境科学学报，2006，26（10）：1707-1715.

[5]郑袁明，陈同斌，郑国砥，等. 北京市不同土地利用方式下土壤铬和镍的积累[J]. 资源科学，2005，27（6）：162-166.

[6]卢志红，赵小敏，朱美英. 铬Cr6+对水稻种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 中国土壤与肥料，2008（3）：60-62.

[7]叶利民，张瑜文，谢华美. 铬胁迫对“协优赣2号”水稻种子萌发的影响[J]. 亚热带植物科学，2011，40（2）：7-9.

[8]李 义，杨先科. 铬的单一或复合污染及镧系对水稻幼苗生长的影响[J]. 贵州师范大学学报：自然科学版，2006，24（1）：39-42.

[9]赵 婷，铁柏清，杨佘维，等. 水稻种子及幼苗对钛、铬、钒的抗性研究[J]. 西南农业学报，2007，20（4）：625-629.

[10]Shanker A K，Cervantes C，Loza-Tavera H，et al. Chromium toxicity in plants[J]. Environment International，2005，31（5）：739-753.

[11]徐芬芬. 铬胁迫对水稻幼苗生长和生理特性的影响[J]. 杂交水稻，2012，27（3）：76-78.

[12]Cuypers A，Smeets K，Vangronsveld J. Heavy metal stress in plants[M]. Plant stress biology. Weinheim：Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA，2009：161-178.

[13]唐东民，伍 钧，唐 勇，等. 重金属胁迫对植物的毒害及其抗性机理研究进展[J]. 四川环境，2008，27（5）：79-83.