铅对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

钟静 饶胜 刘杉 黄晶晶

摘要：以湖北省广泛种植的5个水稻（Oryza sativa L.）品种种子为材料，研究了不同硝酸铅水平（0、50、100、300、500 mg/L）对水稻种子萌发和幼苗生长的影响，并比较分析了粳稻和籼稻对铅离子胁迫的耐受性差异。结果表明，低浓度硝酸铅对粳稻种子的萌发具有一定的促进作用；高浓度硝酸铅对所有水稻种子萌发都具有十分显著的抑制作用，且这种抑制作用随着硝酸铅浓度的升高而增强；同时铅离子胁迫对5种水稻幼苗的生长都呈现出显著的抑制作用；此外，在5种水稻品种中，粳稻表现出较好的铅离子胁迫耐受性。

关键词：水稻（Oryza sativa L.）；种子萌发；幼苗生长；铅离子胁迫

中图分类号：S511；Q945.78 文献标识码：A 文章编号：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

随着科技的进步，人类活动范围不断扩大和活动程度日益加深，对环境造成的污染问题也越来越严重。尤其是工业“三废”、农业污水灌溉、农药化肥以及含铅防爆汽油的开发使用导致环境中铅含量急剧增加[1，2]。当土壤中的有害重金属积累到一定程度时，将导致土壤退化、农作物产量和品质降低，甚至可能通过直接接触或食物链途径危及人类的生命和健康[3，4]。因此研究重金属铅离子对植物尤其是对重要农作物水稻（Oryza sativa L.）萌发和生长的影响具有重要的现实意义。

种子萌发是植物生长发育的起点。在农业生产中较高的萌发率是培育壮苗的基础，直接关系到农作物的产量，同时种子萌发率也是检测种子质量好坏的重要指标之一[5]。近年来中国农田土壤铅污染问题日益凸出，严重影响了水稻、小麦、玉米等农作物的生长。因此，本研究以湖北省广泛种植的5个水稻品种为材料，研究了在不同浓度硝酸铅处理条件下各品种的种子萌发率和幼苗生长情况，旨在了解湖北省不同品种水稻种子对铅离子胁迫的耐受性，以期为湖北省水稻耐重金属铅污染及高产、高效水稻田間生产提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取湖北省广泛种植的具有代表性的5个水稻品种（均购自湖北省种子总公司），分别为粳稻：珍珠糯和笑丰6号；籼稻：金优152、冈优364和两优289。

1.2 试验设计

挑选大小均匀﹑子粒饱满的不同水稻品种种子，整齐排列在铺有滤纸的培养皿中，每皿40粒种子。分别用50﹑100﹑300﹑500 mg/L Pb（NO3）2溶液进行萌发处理[每皿加相应体积的Pb（NO3）2溶液，溶液浸没水稻种子体积的1/3，随后每天更换溶液2～3次，保持培养皿湿润]，以未添加Pb（NO3）2的去离子水为对照组，试验重复3次，每个品种每种浓度处理至少120粒种子。培养皿置于人工培养箱中，温度（25±1） ℃，光照周期为12 h光照/12 h黑暗。其后在种子萌发第三天和第七天时，测量种子萌发数并计算其萌发率（萌发率=萌发数/种子总数×100%），测量种子的苗高和主根长，最后利用SPSS软件进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 Pb2+对水稻种子萌发的影响

于萌发的第三天统计了水稻种子的萌发率，结果见表1。从表1可知，萌发第三天所有未添加硝酸铅对照组的水稻种子萌发率都在85%以上，萌发率较高，说明所购买的水稻种子均具有较好的生理活性。与对照相比，在50 mg/L Pb（NO3）2处理条件下，粳稻珍珠糯的萌发率显著升高，其余4个品种的萌发率无明显变化；在100 mg/L Pb（NO3）2处理条件下，珍珠糯的萌发率仍然保持升高的变化趋势，同时籼稻冈优364萌发率受到显著抑制，而其他3个水稻品种种子的萌发率无显著变化。当硝酸铅浓度升高至300 mg/L时，仅粳稻笑丰6号种子萌发率无明显变化，其余水稻品种的萌发率都显著下降；当硝酸铅浓度继续升高至500 mg/L时，笑丰6号种子萌发率才呈现出下降现象。

在萌发第七天时水稻种子萌发率的统计结果见表2。由表2可知，粳稻珍珠糯在中低浓度硝酸铅（50和100 mg/L）处理条件下，种子萌发率虽然有一定的增高但是并不明显；在高浓度硝酸铅（300和500 mg/L）处理条件下，萌发率显著下降。在硝酸铅处理浓度达到500 mg/L时，笑丰6号种子萌发率仍然没有明显变化。中高浓度硝酸铅处理对3种籼稻的萌发都起到抑制作用，其中冈优364种子萌发率在硝酸铅处理浓度为100 mg/L时就开始显著降低，而金优152和两优289的种子萌发率分别在硝酸铅处理浓度达到500和300 mg/L时才表现出显著下降趋势，说明冈优364种子的萌发较其他2种籼稻对硝酸铅处理更为敏感。与萌发第三天的统计结果相比，珍珠糯、金优152和两优289的萌发率具有相似的变化规律，说明硝酸铅对这3种水稻种子萌发可能起着明显的抑制作用。品种笑丰6号的种子在持续培养7 d后，其萌发率与对照相比并无显著性差异，说明该品种水稻对硝酸铅处理并不敏感，硝酸铅处理对该品种种子萌发可能只起到延缓作用。

2.2 Pb2+对水稻幼苗生长的影响

为了进一步了解Pb2+胁迫对水稻幼苗生长的影响，在种子萌发第七天分别对幼苗苗高和主根根长进行了统计分析。图1显示，低浓度硝酸铅处理对苗高影响较小，但是当硝酸铅浓度达到100 mg/L后，水稻苗高开始呈现明显的下降趋势，其中珍珠糯、金优152、冈优364和两优289的苗高表现出随硝酸铅浓度的升高而平稳下降的趋势，而笑丰6号的苗高在100 mg/L硝酸铅处理条件时急剧下降，当硝酸铅浓度为300和500 mg/L时其苗高才开始呈现平稳下降趋势。对水稻幼苗主根长度统计结果显示，低浓度的硝酸铅即对幼苗根的生长产生十分显著的抑制作用。

3 小结与讨论

铅是一种毒性很大的重金属元素，会对植物的生长发育造成不利影响。同样铅进入人体后，会对人体内多个器官和系统造成损伤，甚至致癌。随着现代工业的发展、工业“三废”的排放、矿藏的开采，越来越多的有毒重金属铅进入到人类生活环境中。据报道，早在20世纪90年代中国受污染耕地面积就已经占耕地总面积的8.3%，其中就包括重金属铅污染[6]。近年来的统计显示，湖北省个别区域耕地中铅污染甚至已经处于警戒级[6]。水稻是湖北省重要的粮食作物。土壤中的铅污染会降低水稻的产量和品质，甚至可能通过食用危及人类的生命健康。因此研究铅胁迫对水稻种子萌发和生长的影响，对于筛选在轻、中度铅污染条件下仍能产出安全稻米的水稻种质材料具有重要的现实意义。

本试验研究了在湖北省广泛种植的5种水稻品种种子（包括2个粳稻和3个籼稻）对铅离子胁迫的响应。结果显示，中低浓度硝酸铅处理对粳稻珍珠糯的萌发有一定促进作用，高浓度的硝酸铅处理对其萌发具有显著抑制作用，推测这可能是由于中低浓度的硝酸铅能够促使该品种种子在萌发时产生一种应激保护作用，加速了其体内的代谢活动以解毒；而在硝酸铅浓度升高时，由于代谢活动的加快同时也加速了重金属的进入，反过来又抑制了代谢活动，从而表现出毒害作用。对于粳稻笑丰6号而言，在高浓度的硝酸铅（500 mg/L）处理条件下，萌发第三天其萌发率被抑制，而在第七天萌发率并无明显变化，说明硝酸铅对该品种萌发率可能只起到延迟效果，表明该水稻品种种子的萌发对硝酸铅处理不敏感，具有一定的耐受性。3种籼稻品种的种子萌发率在硝酸铅处理后呈现出较为类似的下降趋势。相对而言，冈优364种子的萌发对硝酸铅处理较其他两个品种敏感。在相同浓度硝酸铅处理条件下，5种水稻品种种子的萌发率表现不尽相同，推测这可能是由于不同品种种子的外部形态和内部结构存在差异，其吸收重金属铅的生理机制也不尽相同，因此真正吸收进入体内的铅离子量各异，最终产生的毒害程度也各不相同。在高于50 mg/L硝酸铅处理条件下，5种水稻品种的苗高生长均表现出明显的抑制作用，其中笑丰6号苗高生长被抑制的程度最为明显。对于主根生长而言，低浓度的硝酸铅即能产生十分明显的抑制作用。这可能是因为种子吸胀萌动时，胚根快速吸收、伸长并最先突破种皮，因此根部在铅离子积累量和受其胁迫的时间上大于芽，因此根受毒害作用更深。

综上分析可知，在5个水稻品种中，2个粳稻品种比3个籼稻品种对重金属具有更好的耐性。其中粳稻中笑丰6号即使在高浓度铅离子胁迫情况下，仍能保持较高的萌发率和较好的生长态势。同时籼稻冈优364对铅离子胁迫耐受性较差。在以后的耐铅污染试验和田间生产中可针对性地选择粳稻笑丰6号进行试验和种植。但是，对该品种较好的铅耐受性生理机制研究还需要进一步的探讨。

参考文献：

[1] 闫 娇，张永清，宋智萍，等.襄汾溃坝区土壤及农作物重金属污染特征及风险评价[J].湖北农业科学，2014，53（20）：4821- 4825.

[2] 李 岚，李耀初，周劲风，等.紫金矿业尾矿库溃坝事故后黄华河流域土壤环境重金属污染影响后评估[J].资源与环境，2013（28）：131-132.

[3] 张宝龙，陈美静，辛士刚，等.铅胁迫对植物光合作用影响的研究进展[J].安徽农业科学，2014，42（12）：3468-3470.

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