淺談重金屬鎘對水稻種子萌發(fā)的影響

（太原市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，山西 太原 030027）

當今人類社會活動頻繁，推動工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化迅猛發(fā)展，然而，環(huán)境卻日益遭到污染，其中重金屬的污染已成為當今污染面積最廣、危害最大的環(huán)境問題之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，在我國被Cd污染的農(nóng)田面積已達28萬hm2，每年生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品中，Cd含量超標達1460萬t，不僅嚴重危害著農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，還嚴重危害人類身體健康，甚至影響土壤生產(chǎn)能力的可持續(xù)發(fā)展。

重金屬Cd不是作物生長必需的微量元素，不構(gòu)成作物結(jié)構(gòu)，也不參與作物體內(nèi)和代謝活動，但易被作物吸收。Cd的過量積累會對作物生長產(chǎn)生明顯的毒害作用，具體表現(xiàn)出生長遲緩、植株矮小、褪綠等中毒癥狀，嚴重影響作物產(chǎn)量。此外，鎘在農(nóng)作物中，特別是在可食部分進行大量積累，并通過食物鏈積累危害到人體健康。

1 “鎘米”事件頻發(fā)，引發(fā)全社會關注

我國是世界上最大的稻米生產(chǎn)國，水稻作為我國首要的農(nóng)作物，近期“鎘米”事件頻頻發(fā)生，吸引了全社會對食品安全的關注。

其實“鎘米”并不是什么新鮮的事物，早在1968年的日本富山和1983年的臺灣桃園，就出現(xiàn)過大米鎘超標的事件。1974年，我國沈陽張士灌區(qū)第一次發(fā)現(xiàn)鎘超標大米，其主要污染來自當時沈陽冶煉廠的污水。隨后的1989年，中科院沈陽應用生態(tài)所在一份研究報告中，將灌區(qū)上游330 hm2的土地列為嚴重污染區(qū) 。2007年，南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所潘根興教授同他的研究團隊，一起在全國華東、東北、華中、西南、華南和華北6個地區(qū)的縣級以上農(nóng)產(chǎn)品市場中，隨機采購大米樣品91個，結(jié)果發(fā)現(xiàn)市售大米中有10%左右鎘超標。并且，中國稻米重金屬鎘污染以南方秈米為主，尤以江西、湖南等省份最為嚴重。

當前重金屬通過各種渠道滲入環(huán)境（包括自然環(huán)境和人類環(huán)境），以致造成重金屬污染的“多源”性，給治理和研究重金屬污染帶來很大的難度。一些業(yè)內(nèi)專家認為，除了加大力度對工業(yè)污染防治和對遭重金屬污染的土壤施行逐步修復之外，必須要選育Cd耐性水稻品種，防范控制施肥農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品的濫用造成的重金屬污染。只有這樣多措并舉，才能有效阻止重金屬流向土壤和農(nóng)產(chǎn)品中，切斷重金屬超標的農(nóng)產(chǎn)品流向百姓餐桌的通道。

2 選育Cd耐性水稻品種的探討

選育具有Cd耐性水稻品種的首要工作是進行品種Cd耐性評價，而研究不同品種的水稻種子萌發(fā)對Cd響應的差異性，對選育耐Cd水稻品種具有理論指導意義。

種子萌發(fā)是一切植物生命周期的起點，也是感知外界環(huán)境的最初階段，種子萌發(fā)狀況的好壞對作物的生長量和生物量有著直接的影響。研究表明，種子萌發(fā)及苗期生長狀況是評價作物對重金屬耐性的重要指標。國際組織（如美國 EPA、FDA等）已經(jīng)通過廣泛研究作物的種子萌發(fā)狀況進行了重金屬的毒理試驗。結(jié)果顯示，不同生育時期、不同品種的水稻對Cd的敏感性具有一致性。

有研究指出，作物耐鎘性的能力強弱是由作物的遺傳特性決定，其中決定作物對重金屬耐性最關鍵的因素是作物的種類、作物的發(fā)育階段及品種。

2.1 Cd濃度對發(fā)芽率的影響

評價種子發(fā)芽常用的指標為發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及發(fā)芽率，相應地反映種子發(fā)芽整齊度、幼苗健壯程度和發(fā)芽速度的潛勢。

研究表明，水稻在重金屬Cd的脅迫下，其種子的發(fā)芽力受挫，生長勢削弱，直至完全失活。曾翔等研究表明，Cd濃度在10 ppm下，水稻發(fā)芽率比對照下降1.3%，根系長度則比對照下降32.8%。研究中還發(fā)現(xiàn)有些品種的最大根系長度、根系數(shù)量、發(fā)芽率、芽長等指標均高于對照，表明Cd濃度10 ppm的溶液能促使水稻種子的加快萌發(fā)。Patra等將這種現(xiàn)象解釋為低濃度重金屬存在對種子的萌發(fā)有積極的“刺激作用”，但這種刺激作用的前提是濃度受到極其嚴格的限制。環(huán)境中存在過多的重金屬Cd，對作物的生長必將產(chǎn)生毒害作用，從而引起幼苗生理生化的變化。周青等在研究中表明，水稻在Cd濃度25 ppm的處理下，發(fā)芽率與對照無差異，在Cd濃度為100 ppm條件下，發(fā)芽率僅比對照下降6.3%，說明水稻對環(huán)境中 Cd脅迫的耐受能力較高。

何俊瑜等對我國主要栽培的 32個不同品種水稻種子的萌發(fā)期進行耐Cd研究，總結(jié)了不同品種的水稻種子，其萌發(fā)期對Cd脅迫相應的差異性。除此以外，重金屬Cd對不同品種的水稻種子的萌發(fā)均能產(chǎn)生強烈的抑制作用，在種子萌發(fā)指標中受抑制最重的是活力指數(shù)，其次是發(fā)芽指數(shù)；受抑制最輕的是發(fā)芽率，這與之前研究人員在水稻、烏麥、萵苣、紫花苜蓿等植物上的試驗結(jié)果基本一致。何俊瑜等通過對水稻種子在萌發(fā)期對發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽率、根長、根鮮質(zhì)量、芽長、芽鮮質(zhì)量等7個種子萌發(fā)指標的綜合分析可知，在萌發(fā)期，不同品種的水稻種子對Cd的耐性存在著明顯的差異。

2.2 Cd對作物根芽生長的影響

有研究表明，重金屬Cd對作物的根芽的生長也會有不同程度的影響，而且對根生長的影響更甚于芽。這是由于作物的種子在吸漲萌動時，胚根快速吸水伸長最先突破種皮，使得Cd在胚根的積累量上，以及胚根在受 Cd脅迫的時間進程上皆大于芽，進而胚根較芽而言，對重金屬污染的反應更加直接、更加敏感。除此之外，Cd可誘導作物根系產(chǎn)生一種逆境乙烯的物質(zhì)，并向地上部分傳輸。由于逆境乙烯對細胞有很強的傷害作用，并且這種傷害也首先作用在根部，所以當Cd進入作物體內(nèi)，Cd會在胚根的生長部位進行大量積累，由于胚根細胞壁中存在大量的交換位點，能將重金屬離子固定在這些位點上，進而破壞細胞內(nèi)的染色體和細胞核仁。隨著體內(nèi) Cd含量的增加，對染色體和細胞核仁的破壞加重，這可能是抑制作物根、芽生長的主要原因。

2.3 Cd對作物種子萌發(fā)影響的種間差異

已有報道Cd對作物種子萌發(fā)影響具有種間差異，曾翔等在此基礎上進一步研究分析了Cd對水稻種子萌發(fā)影響的品種間差異，發(fā)現(xiàn)不同品種的水稻種子萌發(fā)對Cd的響應具有差異，其敏感順序為：雜交稻〈秈稻〈粳稻；兩系不育系〈三系不育系。依據(jù)芽長脅迫指數(shù)和最大根系長度脅迫指數(shù)，參試品種可分成3種類型：耐受型、中間型和敏感型。不同品種的種子萌發(fā)對Cd的形態(tài)響應表現(xiàn)為多種效應類型，這種類型差異的內(nèi)在機制還需要進一步研究。李坤權等、王凱榮等、Morshita等研究表明，Cd的富集能力粳稻〈秈稻，常規(guī)稻〈雜交稻。筆者認為，水稻種子在其萌發(fā)時對Cd的敏感的品種間差異與種子萌發(fā)后期Cd的富集能力差異有何種關系，還需要深入探討研究。

為了避免食品安全問題出現(xiàn)，尤其是重金屬含量超標造成的“食品中毒”，必須在源頭進行控制防范。研究不同水稻種子萌發(fā)對Cd響應的差異性，對選育耐Cd水稻品種具有理論指導意義，對人類生活安全健康又具有現(xiàn)實意義。除此之外，重金屬檢測作為保障食品安全的最后一道屏障，也成為食品安全保障不可缺少的部分，加強重金屬檢測工作也就顯得十分迫切與必要。

[1]曾翔，張玉燭等.鎘對水稻種子萌發(fā)的影響[J].應用生態(tài)學報，2007，18（7）：1665～1668.

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