重金属镉胁迫下不同栽培模式对水稻生长的影响

李 艳， 石 军， 艾 玲， 程 琳， 吴尚明， 辜小琴

(1.生态安全与保护四川省重点实验室，绵阳师范学院，四川 绵阳 621000；2.绵阳市农业科学研究院，四川 绵阳 621023)

重金属镉胁迫下不同栽培模式对水稻生长的影响

李 艳1， 石 军2*， 艾 玲1， 程 琳1， 吴尚明1， 辜小琴1

(1.生态安全与保护四川省重点实验室，绵阳师范学院，四川 绵阳 621000；2.绵阳市农业科学研究院，四川 绵阳 621023)

以宜香优2115(YX)，川农优华占(HZ)，F优498(FY)为试验材料，通过盆栽实验模拟重金属镉污染，研究不同混作方式和单作方式下水稻生长和物质积累的差异.结果表明：两两混作模式和三品种混作模式下水稻地上和地下部干物质积累均比单作模式下低；光合作用受混作处理影响不大，但4种混作处理下地下部可溶性总糖含量均较单作下显著升高，而地下部淀粉含量在HZ与FY混作以及三品种混作下显著升高，HZ升高的程度最大.因此，在重金属胁迫下，混作栽培比单作栽培受到的胁迫压力更大，且不同品种的适应性不同.表8，参12.

重金属; 栽培模式; 水稻; 光合作用

重金属污染已成为危害我国粮食生产的重要环境问题[1].水稻作为我国主要粮食作物，生产安全问题受到普遍关注.由于其水生环境，更容易从水体以及淤泥中吸收重金属.以往研究有关于在水稻栽培过程中施入活性炭、石灰、有机肥等改良剂来减少水稻对重金属吸附[2]的研究报道.另外通过农艺调控措施，如种植模式等的改变也可有效减少作物对重金属的吸附[3-4]，是作物安全生产的有效途径.

水稻栽培方式的不同会对水稻生长、品质等产生影响[5].研究以3个水稻品种为试验对象，采用两两混种或者3个品种混种的方式种植，以了解重金属污染下，不同品种间及不同栽培方式下水稻的生长状况差异，以期为水稻的安全生产提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

试验选用宜香优2115(YX)，川农优华占(HZ)和F优498(FY)种子为研究材料.2016年4月初将种子在育秧盘育秧，待秧苗长到4叶1心期，将秧苗移栽到盆中进行盆栽实验.

1.2 试验方法

供试土壤取自绵阳市农科院试验田未被污染土壤.先将土壤风干过筛，然后进行重金属处理.将CdCl2.2.5H2O溶液混入土壤中并搅拌均匀后分装到10 L桶中，每桶8 kg土壤，保持淹水状态平衡放置一个月，镉处理水平为10 mg kg-1干土.

品种间两两混作包括三个处理(YX×HZ；YX×FY；HZ×FY)，每个品种3株，每盆6株；三个品种混作处理为YX×HZ×FY，每品种2株，每盆6株；各品种单作作为对照，每盆6株.每处理5个重复.

1.3 指标测定

1.3.1 生物量测定

于2016年8月25日结束实验处理，收生物量.将地上部分和地下部分分开收获，于110 ℃杀青1 h，后在70 ℃烘干至衡重，称干重.

1.3.2 光合作用测定

于2016年8月10日，在每个重复中每品种随机地选择1株植株，测定倒3叶的叶片气体交换.在晴朗的上午08∶00～11∶30期间用LI-6400便携式光合作用测定系统(LI-COR Inc. Lincoln, Nebr.)进行测定.测定时将叶面温度控制为25 ℃，光照强度控制为1,400 μmol m-2s-1，相对湿度控制为50%左右、CO2浓度控制为400 ± 5 μmol mol-1.

1.3.3 淀粉及可溶性总糖含量分析

分别将地上部和地下部干样进行粉碎、过100目筛，样品用于淀粉和总糖含量测定.可溶性总糖和淀粉分析参照文献[6-7]的方法进行.

2 结果分析

2.1 不同处理对水稻各指标的影响

表1为YX与HZ的混作实验，从表中可以看出，YX和HZ的混作处理对地上部生物量以及地下部的总糖含量影响极显著，同时对地下部生物量和地上部淀粉含量的影响也达到了显著水平；品种的影响在地上部生物量和地下部淀粉含量上达到了极显著水平；品种和混作间的交互作用对地上部生物量、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率以及地下部总糖含量都有显著影响.

表1 重金属处理下宜香优2115与川农优华占混作处理对水稻生长指标影响的方差分析

从表2的结果显示，YX和FY的混作处理对地上和地下部生物量以及地下部总糖含量都达到了极显著影响；品种对胞间CO2浓度和地上部淀粉含量的影响显著，并且对地下部生物量的影响达到了极显著水平；混作和品种的交互作用对地下部总糖含量影响极显著.

表2 重金属处理下宜香优2115与F优498混作处理对水稻生长指标影响的方差分析

从表3可以看出，HZ和FY混作对地上部生物量、地下部淀粉含量产生了极显著影响，同时对地下部生物量、净光合速率、地下部总糖含量影响显著；品种对地上部淀粉和总糖含量的影响极显著，对地上和地下部生物量、净光合速率、地下部总糖的影响也达到显著水平；混作和品种的交互作用对地上部和地下部总糖影响达显著水平.

表3 重金属处理下川农优华占与F优498混作处理对水稻生长指标影响的方差分析

从表4可知YX、HZ、FY三品种混作处理极显著影响了地上和地下部生物量以及地下部总糖含量，对地下部淀粉含量的影响也达到显著水平；品种处理对地上、地下部生物量、地下部淀粉和总糖含量的影响极显著，对地上部淀粉含量影响也达显著水平；三品种混作和品种的交互作用显著影响了地下部生物量、地上部总糖以及地下部淀粉和总糖含量.

表4 重金属处理下宜香优2115、川农优华占与F优498三品种混作处理对水稻生长指标影响的方差分析

2.2 不同处理方式对水稻各指标影响

从表5中可以看出，YX和HZ在混作处理下与单作处理下相比地上部和地下部的生物量都显著降低；YX的胞间CO2浓度在混作下比在单作下显著升高，而HZ在混作和单作无显著差异；两个品种的地下部总糖含量在混作下也比单作下显著升高，但品种间无差异.

从表6可知，YX与FY混作处理下，地上部和地下部生物量均显著低于单作处理；YX在混作下的胞间CO2浓度显著高于单作处理，并且两品种的地下部总糖含量在混作处理下也显著高于单作处理，同时FY显著高于YX.

表5 重金属处理下宜香优2115与川农优华占混作处理对水稻生长指标的影响

表6 重金属处理下宜香优2115与F优498混作处理对水稻生长指标的影响

表7结果显示，与单作相比，HZ和FY混作处理后两品种的地上部生物量、净光合速率均显著降低，同时FY的地下部生物量也显著降低；混作处理使两品种的地下部淀粉含量也比单作显著增加，并且HZ的地上部总糖以及FY的地下部总糖含量也比单作下显著增加.

表7 重金属处理下川农优华占与F优498混作处理对水稻生长指标的影响

表8结果显示，YX、HZ和FY的地上和地下部生物量在三品种混作处理下均比单作处理显著降低；YX的地上部和地下部总糖含量在混作处理下显著高于单作处理；FY的地下部淀粉和总糖含量在混作下也显著高于单作处理；HZ的地下部淀粉含量在混作下显著高于单作.

表8 重金属处理下宜香优2115、川农优华占、F优498三品种混作处理对水稻生长指标的影响

3 讨 论

不同栽培模式会对水稻生长产生影响，如影响其生长发育、产量等[8-9].不同栽培方式可以通过改变生育期、干物质积累状况等影响稻米品质.同时栽培方式的不同也可以影响土壤的理化性质，从而改变土壤中重金属的含量和有效性[10-11].研究结果表明，在重金属胁迫下，不同水稻品种的两两混作和三品种混作模式下水稻地上和地下生物量与单作相比均受到影响；YX与HZ混作，YX与FY混作以及三品种混作模式下生物量的降低与光合特征的改变无关，即混作后光合特性并无变化，因此与对照相比生物量的降低可能是由于混作下重金属对各品种叶绿素的合成影响加重，进而影响了地上和地下部的干物质的积累.HZ和FY混作下净光合速率下降明显，品种对光合速率的影响也达到了显著水平，因此不同品种混作后其光合受到的影响是不同的.

非结构性碳水化合物即淀粉和可溶性总糖的积累可以反应植物的碳积累源库关系[12].本研究结果中YX与HZ以及YX与FY混作后与对照相比地上和地下部淀粉含量都无显著变化，但地下部可溶性总糖含量显著增加.因此在这两种混作方式下YX、HZ以及FY地下部即根系受到的胁迫压力比单作方式下更强，这可能也是导致干物质积累下降的原因.HZ和FY混作下，HZ的地上部可溶性总糖比单作显著增加，而FY的可溶性总糖主要在根系中升高，因此这两个品种混作下HZ的胁迫压力主要集中在地上部而FY的主要集中在地下部.另外两个品种地下部分的淀粉含量也较对照显著增加，并且增加的程度华占要高于FY，因此重金属胁迫下，混作模式下HZ比FY具有更好的碳水化合物积累能力.三品种混作后，与对照相比HZ受到的胁迫压力都要小于YX和FY，淀粉的储存能力也更好.因此在重金属胁迫下，两两混作和三品种混作栽培方式下HZ的抗重金属毒害能力要优于YX和FY.

4 结 语

在重金属胁迫下，混作栽培比单作栽培受到的胁迫压力更大.同时不同品种在混作栽培方式下的表现也不相同，研究中HZ在与其它品种的两两混作和三品种混作模式下都表现出了更好的适应重金属胁迫的能力.这可能是因为混作栽培下，重金属胁迫下，单作栽培下同一品种间竞争小，而不同品种间的竞争压力在重金属胁迫环境中更加突出，导致了生物量积累的降低.HZ在混作下的优势也说明了其与其它品种相比更好的竞争优势和适应能力.

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Biography：LI Yan, female, born in 1981, doctor, associate professor, plant mechanism of resistance.

The Effects of Different Cultivation Modes on Rice Growth under Cd Stress

LI Yan1, SHI Jun2*, AI Ling1, CHEGN Lin1, WU Shang-ming1, GU Xiao-qin1

(1.Ecological security and protection key laboratory of Sichuan province, Mianyang normal university, Mianyang, 621000;2.Mianyang Academy of Agricultural Sciences, Mianyang, 621023)

Yixiangyou2115(YX), Chuannongyouhuazhan(HZ) and Fyou498(FY) were used as experimental materials to test the differences of growth and substances accumulation of rice between mixed cropping and single cropping models under Cd contamination. The results showed that the dry matter accumulations in overground part and underground part under mixed cropping models were significantly lower than single cropping model. There were no significant changes in photosynthetic characteristics after mixed cropping treatment. Four kinds of mixed cropping treatments significantly increased in total soluble sugar of underground part compared with single cropping treatment. The starch contents of underground part significantly increased under mixed cropping of HZ and FY or mixed cropping of YX, HZ and FY, among which HZ increased most. Therefore, under heavy metal stress, mixed cropping is more stressful than single cropping, and different varieties have different adaptations. 8tabs.,12refs.

heavy metal; cultivation model; rice; photosynthesis

2017-05-12

农业部国家水稻产业技术体系项目(编号：CARS-01-76)；四川省科技厅支撑项目(编号：2017FZ0022)；绵阳师范学院校级科研平台项目(编号：2013A07)

李 艳(1981-)，女，四川乐山人，博士，副教授，研究方向：植物抗逆机制. *通讯作者,E-mail:tibm@163.com

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.02-009

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