鉛對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

鐘靜 饒勝 劉杉 黃晶晶

摘要：以湖北省廣泛種植的5個(gè)水稻（Oryza sativa L.）品種種子為材料，研究了不同硝酸鉛水平（0、50、100、300、500 mg/L）對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，并比較分析了粳稻和秈稻對(duì)鉛離子脅迫的耐受性差異。結(jié)果表明，低濃度硝酸鉛對(duì)粳稻種子的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用；高濃度硝酸鉛對(duì)所有水稻種子萌發(fā)都具有十分顯著的抑制作用，且這種抑制作用隨著硝酸鉛濃度的升高而增強(qiáng)；同時(shí)鉛離子脅迫對(duì)5種水稻幼苗的生長(zhǎng)都呈現(xiàn)出顯著的抑制作用；此外，在5種水稻品種中，粳稻表現(xiàn)出較好的鉛離子脅迫耐受性。

關(guān)鍵詞：水稻（Oryza sativa L.）；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)；鉛離子脅迫

中圖分類(lèi)號(hào)：S511；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

隨著科技的進(jìn)步，人類(lèi)活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大和活動(dòng)程度日益加深，對(duì)環(huán)境造成的污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。尤其是工業(yè)“三廢”、農(nóng)業(yè)污水灌溉、農(nóng)藥化肥以及含鉛防爆汽油的開(kāi)發(fā)使用導(dǎo)致環(huán)境中鉛含量急劇增加[1，2]。當(dāng)土壤中的有害重金屬積累到一定程度時(shí)，將導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，甚至可能通過(guò)直接接觸或食物鏈途徑危及人類(lèi)的生命和健康[3，4]。因此研究重金屬鉛離子對(duì)植物尤其是對(duì)重要農(nóng)作物水稻（Oryza sativa L.）萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)發(fā)育的起點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較高的萌發(fā)率是培育壯苗的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到農(nóng)作物的產(chǎn)量，同時(shí)種子萌發(fā)率也是檢測(cè)種子質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一[5]。近年來(lái)中國(guó)農(nóng)田土壤鉛污染問(wèn)題日益凸出，嚴(yán)重影響了水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物的生長(zhǎng)。因此，本研究以湖北省廣泛種植的5個(gè)水稻品種為材料，研究了在不同濃度硝酸鉛處理?xiàng)l件下各品種的種子萌發(fā)率和幼苗生長(zhǎng)情況，旨在了解湖北省不同品種水稻種子對(duì)鉛離子脅迫的耐受性，以期為湖北省水稻耐重金屬鉛污染及高產(chǎn)、高效水稻田間生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取湖北省廣泛種植的具有代表性的5個(gè)水稻品種（均購(gòu)自湖北省種子總公司），分別為粳稻：珍珠糯和笑豐6號(hào)；秈稻：金優(yōu)152、岡優(yōu)364和兩優(yōu)289。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選大小均勻﹑子粒飽滿的不同水稻品種種子，整齊排列在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿40粒種子。分別用50﹑100﹑300﹑500 mg/L Pb（NO3）2溶液進(jìn)行萌發(fā)處理[每皿加相應(yīng)體積的Pb（NO3）2溶液，溶液浸沒(méi)水稻種子體積的1/3，隨后每天更換溶液2～3次，保持培養(yǎng)皿濕潤(rùn)]，以未添加Pb（NO3）2的去離子水為對(duì)照組，試驗(yàn)重復(fù)3次，每個(gè)品種每種濃度處理至少120粒種子。培養(yǎng)皿置于人工培養(yǎng)箱中，溫度（25±1） ℃，光照周期為12 h光照/12 h黑暗。其后在種子萌發(fā)第三天和第七天時(shí)，測(cè)量種子萌發(fā)數(shù)并計(jì)算其萌發(fā)率（萌發(fā)率=萌發(fā)數(shù)/種子總數(shù)×100%），測(cè)量種子的苗高和主根長(zhǎng)，最后利用SPSS軟件進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pb2+對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響

于萌發(fā)的第三天統(tǒng)計(jì)了水稻種子的萌發(fā)率，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可知，萌發(fā)第三天所有未添加硝酸鉛對(duì)照組的水稻種子萌發(fā)率都在85%以上，萌發(fā)率較高，說(shuō)明所購(gòu)買(mǎi)的水稻種子均具有較好的生理活性。與對(duì)照相比，在50 mg/L Pb（NO3）2處理?xiàng)l件下，粳稻珍珠糯的萌發(fā)率顯著升高，其余4個(gè)品種的萌發(fā)率無(wú)明顯變化；在100 mg/L Pb（NO3）2處理?xiàng)l件下，珍珠糯的萌發(fā)率仍然保持升高的變化趨勢(shì)，同時(shí)秈稻岡優(yōu)364萌發(fā)率受到顯著抑制，而其他3個(gè)水稻品種種子的萌發(fā)率無(wú)顯著變化。當(dāng)硝酸鉛濃度升高至300 mg/L時(shí)，僅粳稻笑豐6號(hào)種子萌發(fā)率無(wú)明顯變化，其余水稻品種的萌發(fā)率都顯著下降；當(dāng)硝酸鉛濃度繼續(xù)升高至500 mg/L時(shí)，笑豐6號(hào)種子萌發(fā)率才呈現(xiàn)出下降現(xiàn)象。

在萌發(fā)第七天時(shí)水稻種子萌發(fā)率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，粳稻珍珠糯在中低濃度硝酸鉛（50和100 mg/L）處理?xiàng)l件下，種子萌發(fā)率雖然有一定的增高但是并不明顯；在高濃度硝酸鉛（300和500 mg/L）處理?xiàng)l件下，萌發(fā)率顯著下降。在硝酸鉛處理濃度達(dá)到500 mg/L時(shí)，笑豐6號(hào)種子萌發(fā)率仍然沒(méi)有明顯變化。中高濃度硝酸鉛處理對(duì)3種秈稻的萌發(fā)都起到抑制作用，其中岡優(yōu)364種子萌發(fā)率在硝酸鉛處理濃度為100 mg/L時(shí)就開(kāi)始顯著降低，而金優(yōu)152和兩優(yōu)289的種子萌發(fā)率分別在硝酸鉛處理濃度達(dá)到500和300 mg/L時(shí)才表現(xiàn)出顯著下降趨勢(shì)，說(shuō)明岡優(yōu)364種子的萌發(fā)較其他2種秈稻對(duì)硝酸鉛處理更為敏感。與萌發(fā)第三天的統(tǒng)計(jì)結(jié)果相比，珍珠糯、金優(yōu)152和兩優(yōu)289的萌發(fā)率具有相似的變化規(guī)律，說(shuō)明硝酸鉛對(duì)這3種水稻種子萌發(fā)可能起著明顯的抑制作用。品種笑豐6號(hào)的種子在持續(xù)培養(yǎng)7 d后，其萌發(fā)率與對(duì)照相比并無(wú)顯著性差異，說(shuō)明該品種水稻對(duì)硝酸鉛處理并不敏感，硝酸鉛處理對(duì)該品種種子萌發(fā)可能只起到延緩作用。

2.2 Pb2+對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響

為了進(jìn)一步了解Pb2+脅迫對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響，在種子萌發(fā)第七天分別對(duì)幼苗苗高和主根根長(zhǎng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。圖1顯示，低濃度硝酸鉛處理對(duì)苗高影響較小，但是當(dāng)硝酸鉛濃度達(dá)到100 mg/L后，水稻苗高開(kāi)始呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，其中珍珠糯、金優(yōu)152、岡優(yōu)364和兩優(yōu)289的苗高表現(xiàn)出隨硝酸鉛濃度的升高而平穩(wěn)下降的趨勢(shì)，而笑豐6號(hào)的苗高在100 mg/L硝酸鉛處理?xiàng)l件時(shí)急劇下降，當(dāng)硝酸鉛濃度為300和500 mg/L時(shí)其苗高才開(kāi)始呈現(xiàn)平穩(wěn)下降趨勢(shì)。對(duì)水稻幼苗主根長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，低濃度的硝酸鉛即對(duì)幼苗根的生長(zhǎng)產(chǎn)生十分顯著的抑制作用。

3 小結(jié)與討論

鉛是一種毒性很大的重金屬元素，會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育造成不利影響。同樣鉛進(jìn)入人體后，會(huì)對(duì)人體內(nèi)多個(gè)器官和系統(tǒng)造成損傷，甚至致癌。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、工業(yè)“三廢”的排放、礦藏的開(kāi)采，越來(lái)越多的有毒重金屬鉛進(jìn)入到人類(lèi)生活環(huán)境中。據(jù)報(bào)道，早在20世紀(jì)90年代中國(guó)受污染耕地面積就已經(jīng)占耕地總面積的8.3%，其中就包括重金屬鉛污染[6]。近年來(lái)的統(tǒng)計(jì)顯示，湖北省個(gè)別區(qū)域耕地中鉛污染甚至已經(jīng)處于警戒級(jí)[6]。水稻是湖北省重要的糧食作物。土壤中的鉛污染會(huì)降低水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)，甚至可能通過(guò)食用危及人類(lèi)的生命健康。因此研究鉛脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響，對(duì)于篩選在輕、中度鉛污染條件下仍能產(chǎn)出安全稻米的水稻種質(zhì)材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本試驗(yàn)研究了在湖北省廣泛種植的5種水稻品種種子（包括2個(gè)粳稻和3個(gè)秈稻）對(duì)鉛離子脅迫的響應(yīng)。結(jié)果顯示，中低濃度硝酸鉛處理對(duì)粳稻珍珠糯的萌發(fā)有一定促進(jìn)作用，高濃度的硝酸鉛處理對(duì)其萌發(fā)具有顯著抑制作用，推測(cè)這可能是由于中低濃度的硝酸鉛能夠促使該品種種子在萌發(fā)時(shí)產(chǎn)生一種應(yīng)激保護(hù)作用，加速了其體內(nèi)的代謝活動(dòng)以解毒；而在硝酸鉛濃度升高時(shí)，由于代謝活動(dòng)的加快同時(shí)也加速了重金屬的進(jìn)入，反過(guò)來(lái)又抑制了代謝活動(dòng)，從而表現(xiàn)出毒害作用。對(duì)于粳稻笑豐6號(hào)而言，在高濃度的硝酸鉛（500 mg/L）處理?xiàng)l件下，萌發(fā)第三天其萌發(fā)率被抑制，而在第七天萌發(fā)率并無(wú)明顯變化，說(shuō)明硝酸鉛對(duì)該品種萌發(fā)率可能只起到延遲效果，表明該水稻品種種子的萌發(fā)對(duì)硝酸鉛處理不敏感，具有一定的耐受性。3種秈稻品種的種子萌發(fā)率在硝酸鉛處理后呈現(xiàn)出較為類(lèi)似的下降趨勢(shì)。相對(duì)而言，岡優(yōu)364種子的萌發(fā)對(duì)硝酸鉛處理較其他兩個(gè)品種敏感。在相同濃度硝酸鉛處理?xiàng)l件下，5種水稻品種種子的萌發(fā)率表現(xiàn)不盡相同，推測(cè)這可能是由于不同品種種子的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異，其吸收重金屬鉛的生理機(jī)制也不盡相同，因此真正吸收進(jìn)入體內(nèi)的鉛離子量各異，最終產(chǎn)生的毒害程度也各不相同。在高于50 mg/L硝酸鉛處理?xiàng)l件下，5種水稻品種的苗高生長(zhǎng)均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，其中笑豐6號(hào)苗高生長(zhǎng)被抑制的程度最為明顯。對(duì)于主根生長(zhǎng)而言，低濃度的硝酸鉛即能產(chǎn)生十分明顯的抑制作用。這可能是因?yàn)榉N子吸脹萌動(dòng)時(shí)，胚根快速吸收、伸長(zhǎng)并最先突破種皮，因此根部在鉛離子積累量和受其脅迫的時(shí)間上大于芽，因此根受毒害作用更深。

綜上分析可知，在5個(gè)水稻品種中，2個(gè)粳稻品種比3個(gè)秈稻品種對(duì)重金屬具有更好的耐性。其中粳稻中笑豐6號(hào)即使在高濃度鉛離子脅迫情況下，仍能保持較高的萌發(fā)率和較好的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。同時(shí)秈稻岡優(yōu)364對(duì)鉛離子脅迫耐受性較差。在以后的耐鉛污染試驗(yàn)和田間生產(chǎn)中可針對(duì)性地選擇粳稻笑豐6號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)和種植。但是，對(duì)該品種較好的鉛耐受性生理機(jī)制研究還需要進(jìn)一步的探討。

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