楊 明，陳 璐，徐慶國，孫亞莉

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128）

水稻是中國和世界的主要糧食作物之一。中國是稻米生產(chǎn)與消費(fèi)主要國家，全國一半以上的人口以稻米為主食，隨著人們生活水平的提高，優(yōu)質(zhì)健康稻米越來越受到人們的青睞。稻米質(zhì)量與安全直接關(guān)系到人民的日常生活與健康，優(yōu)質(zhì)安全稻米的生產(chǎn)不僅影響我國稻米在世界市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，也對(duì)世界糧食安全具有重要意義［1］。隨著近年我國工業(yè)的迅速發(fā)展及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥的大量施用，農(nóng)田土壤的重金屬污染日趨嚴(yán)重。其中，半衰期長、不易降解的鎘被認(rèn)定為我國水稻的重點(diǎn)污染物之一［2］。鎘在環(huán)境與人體中都有富集作用，主要通過食物鏈進(jìn)入人體，富集在人體肝臟、腎臟、胰腺和骨骼中，能引起各種疾?。?］。同時(shí)，鎘對(duì)水稻等農(nóng)作物本身的生長發(fā)育也有很大影響，可導(dǎo)致植株葉片黃化、脫落、植株矮小和物候期延遲，從而降低水稻的產(chǎn)量和米質(zhì)［4，5］。以往許多學(xué)者對(duì)鎘脅迫的水稻積累規(guī)律及其對(duì)其營養(yǎng)代謝、生長發(fā)育的影響等做了許多研究，取得了可喜成果［6，7］。然而有關(guān)鎘脅迫對(duì)不同水稻品種的種子萌發(fā)和幼苗生長的影響研究較少。本研究以52個(gè)水稻品種（系）種子為材料，研究了不同鎘脅迫濃度對(duì)其種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為選育鎘低積累水稻新品種及其鎘污染稻田的水稻安全生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用52個(gè)不同遺傳背景的水稻品種（系）：天豐A×廣恢、華占、黃花占選3、湘晚秈17號(hào)、21H雜優(yōu)7號(hào)、洞藏紅米選白米、2011中紅米選白米、佳福占、香米選、黑米選秈、湘晚秈6號(hào)選、湘晚秈12號(hào)、玉針香、黑2號(hào)選、湘晚秈13號(hào)、創(chuàng)宇5號(hào)、創(chuàng)香5號(hào)、農(nóng)香18號(hào)、湘早秈33號(hào)、湘早秈13號(hào)、廣恢998、明恢 63、明恢 77、廣 8B、優(yōu) 1B、V20B、豐源 B、岡46B、159B、Ⅱ －32B、天豐 B、中9B、資100B、協(xié)青早 B、地谷 B、內(nèi)江 B、金23B、岳4B、廣98B、湘香 B、湘豐B、博B、復(fù)秈201選、湘珠占1號(hào)、湘農(nóng)大紅米、昕紅129、昕K－1、萬早52、常香優(yōu)選2、黑秈2號(hào)、21H雜優(yōu)7號(hào)選小粒、21H雜優(yōu)9號(hào)選小粒。種子均來自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻科學(xué)研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

分別取籽粒飽滿健康種子，用0.5%的NaClO溶液滅菌20 min后，再用去離子水反復(fù)沖洗。用50 mL蒸餾水浸種60 min后，將種子擺放于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿擺放100粒種子。分別加入0（蒸餾水，CK）、0.5、1.0、2.0 mmol／L等 4種不同濃度鎘溶液5 mL，于培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽，光照12 h、25℃，黑暗12 h、25℃［6］。每個(gè)處理重復(fù)3次。用移液管每天補(bǔ)充對(duì)應(yīng)濃度鎘溶液1 mL，使濾紙保持濕潤。以幼芽達(dá)到種子長度1／2，根長與種子等長作為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，發(fā)芽試驗(yàn)第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、胚根長與胚芽長、幼苗鮮重與干重。胚根長與胚芽長用1／10 cm小尺人工測(cè)量。種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)按如下公式計(jì)算：

發(fā)芽率＝（供試種子發(fā)芽數(shù)／供試種子數(shù)）×100%

為消除各品種（系）間的各種子發(fā)芽性狀差異，對(duì)各供試水稻品種（系）的萌發(fā)與幼苗生長期的各性狀指標(biāo)均采用相對(duì)值，即采用不同鎘溶液脅迫濃度下的指標(biāo)值／對(duì)照的指標(biāo)值［6］。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

本研究各數(shù)據(jù)均采用各性狀測(cè)定平均值利用Excel2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與制圖，并用DPS7.05進(jìn)行方差與聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎘脅迫對(duì)不同水稻品種（系）發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)的影響

如表1所示，隨著鎘濃度的逐漸增大，不同水稻品種（系）的平均發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均逐漸減小。在0.5 mmol／L Cd2＋處理濃度下，52個(gè)供試水稻品種（系）的平均發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)分別為67.2%、82.8%、25.3、32.9，比其對(duì)照值分別降低了8.8%、5.9%、2.6、132，均達(dá)到極顯著差異水平。其中，活力指數(shù)降低幅度最大。1.0 mmol／L和 2.0 mmol／L Cd2＋處理濃度下，52個(gè)供試水稻品種（系）種子的平均發(fā)芽勢(shì)分別為50.5%和16.7%，其平均發(fā)芽率分別為72.4%和32.6%，其發(fā)芽指數(shù)分別為21.4和8，其活力指數(shù)分別為14.9和0，與其它鎘處理濃度的平均發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽和活力指數(shù)相比較，均達(dá)到極顯著差異水平。其中，在2.0 mmol／L Cd2＋脅迫濃度下，各項(xiàng)指標(biāo)下降幅度增加，其活力指數(shù)下降至零。

表1 不同濃度鎘處理各水稻品種（系）的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)（n＝52）Table 1 Effects of different cadmium stress on seed germination rate，germination energy，germination index and vigor index of the rice varieties（n＝52）

2.2 鎘脅迫對(duì)不同水稻品種（系）胚芽鮮重與干重、幼苗芽長與根長的影響

如表2所示，隨著鎘脅迫濃度的逐漸增大，不同水稻品種（系）的胚芽鮮重與干重、幼苗芽長與根長均逐漸減小。0、0.5、1.0、2.0 mmol／L鎘濃度處理的幼苗鮮重與干重、幼苗芽長與根長均達(dá)到極顯著水平的差異。在鎘濃度為0.5 mmol／L條件下，各項(xiàng)指標(biāo)下降幅度最大，其中幼苗鮮重與干重分別較對(duì)照減少11.9與2.2 mg，幼苗芽長與根長分別減少1.1與 4.6 cm。在 0.5、1.0、2.0 mmol／L鎘脅迫濃度下的幼苗芽長比對(duì)照的減少量分別是1.1、1.6、2.1 cm，同樣條件下幼苗根長比對(duì)照的減少量分別為4.6、5.2、0.7 cm。由此可知，各鎘脅迫濃度處理對(duì)各水稻品種（系）幼苗芽的影響小于對(duì)幼苗根的影響。在0.5 mmol／L鎘脅迫濃度下幼苗根長僅為1.3 cm；2 mmol／L鎘脅迫濃度下幼苗根幾乎不能生長。由此可知，水稻幼苗根的生長對(duì)鎘脅迫非常敏感。

表2 不同濃度鎘處理的水稻品種（系）胚芽鮮重與干重、幼苗芽長與根長Table 2 Effects of Cd treatment on relative seedling fresh weight，seedling dry weight，radical length and germ length of the rice varieties

2.3 不同鎘脅迫處理的各水稻品種（系）幼苗期各性狀的相互關(guān)系

不同鎘脅迫濃度處理下，不同水稻品種（系）幼苗期各性狀的相互關(guān)系密切。如表3所示，0 mmol／L鎘脅迫濃度下，52個(gè)供試品種（系）的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)與芽長、發(fā)芽勢(shì)與根長、發(fā)芽率與芽長、發(fā)芽率與根長、幼苗干重與芽長、芽長與根長均分別呈極顯著正相關(guān)；發(fā)芽勢(shì)與幼苗鮮重、發(fā)芽率與發(fā)芽鮮重均分別呈顯著正相關(guān)。0.5 mmol／L鎘脅迫濃度下，發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)與幼苗干重、發(fā)芽勢(shì)與芽長、發(fā)芽率與芽長均分別呈極顯著正相關(guān)；發(fā)芽率與幼苗干重、幼苗鮮重與幼苗干重均分別呈顯著正相關(guān)。1 mmol／L鎘脅迫濃度下，發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率、發(fā)芽率與幼苗鮮重、發(fā)芽率與芽長、幼苗鮮重與幼苗干重、幼苗鮮重與根長、幼苗干重與根長均分別呈極顯著正相關(guān)；發(fā)芽勢(shì)與幼苗鮮重、發(fā)芽率與根長均分別呈顯著正相關(guān)。2 mmol／L鎘脅迫條件下，52個(gè)供試水稻品種（系）萌發(fā)幼苗期的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗鮮重與干重、芽長、根長均分別呈極顯著正相關(guān)。

表3 不同濃度鎘處理的各水稻品種（系）萌發(fā)幼苗期各性狀的相關(guān)系數(shù)（n＝52）Table 3 The correlation coefficient of the traits at seed germination period of the rice varieties at different Cd treatments（n＝52）

2.4 不同水稻品種幼苗期鎘脅迫抗性的聚類分析

將不同鎘脅迫濃度處理下不同水稻品種（系）幼苗期各性狀指標(biāo)的相對(duì)值采用Ward（離差平方和法）進(jìn)行聚類分析，如圖1所示。根據(jù)不同水稻品種在4個(gè)Cd2＋脅迫濃度下的各性狀表現(xiàn)，可將52個(gè)供試水稻品種（系）幼苗期的鎘脅迫抗性分為如下3種類型：第1類為耐鎘性水稻品種（系），包括天豐A×廣恢、湘晚秈17號(hào)、佳福占、湘農(nóng)大紅米、昕紅129、岡46B、華占、湘晚秈12號(hào)、協(xié)青早 B、湘豐B。該類型共10個(gè)品種（系），它們?cè)?種鎘脅迫濃度下發(fā)芽以及幼苗生長情況良好，對(duì)鎘脅迫的抗性較強(qiáng)；第2類為中等耐鎘品種（系），包括黃花占選3、21H雜優(yōu)7號(hào)、洞藏紅米選白米、2011中紅米選白米、香米選、黑米選秈、湘晚秈6號(hào)選、玉針香、黑2號(hào)選、湘晚秈13號(hào)、創(chuàng)宇5號(hào)、創(chuàng)香5號(hào)、農(nóng)香18號(hào)、湘早秈33號(hào)、湘早秈13號(hào)、廣恢998、明恢63、明恢 77、優(yōu) 1B、Ⅱ －32B、中 9B、資 100B、內(nèi)江B、金23B、岳4B、湘香B、復(fù)秈201選、湘珠占1號(hào)、昕K－1、萬早52、常香優(yōu)選2、黑秈2號(hào)、21H雜優(yōu)7號(hào)選小粒、21H雜優(yōu)9號(hào)選小粒，共34個(gè)水稻品種（系）。該類品種在不同鎘濃度脅迫下發(fā)芽情況及幼苗生長狀況較好，對(duì)鎘脅迫的抗性居中；第3類為不耐鎘（敏感）水稻品種（系），包括廣8B、V20B、豐源 B、博 B、159B、天豐 B、地谷 B、廣 98B，共 8個(gè)水稻品種（系）。該類品種種子的萌發(fā)與幼苗生長受鎘脅迫抑制嚴(yán)重。

通過對(duì)52個(gè)不同鎘脅迫抗性的水稻品種（系）進(jìn)行分類可知，天豐A×廣恢、湘晚秈17號(hào)、佳福占、湘農(nóng)大紅米、昕紅129、岡46B、華占、湘晚秈12號(hào)、協(xié)青早B、湘豐B等共10個(gè)水稻品種（系）可以作為耐鎘水稻品種（系）育種親本或直接進(jìn)行示范推廣；而廣8B、V20B、豐源B、博B、159B、天豐B、地谷B、廣98B等共8個(gè)水稻品種（系），對(duì)鎘脅迫敏感，不宜用作耐鎘水稻品種（系）育種親本或在鎘污染較嚴(yán)重的南方稻田種植。

3 討論

圖1 不同水稻品種鎘脅迫抗性的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of Cadm ium resistance of the rice varieties

水稻種子萌發(fā)與幼苗生長是水稻生命的起點(diǎn)，同時(shí)也是水稻最早與外界環(huán)境接觸的階段，在此階段，水稻最易受到鎘脅迫的危害。馬孟莉等［8］研究表明，隨著鎘離子濃度的逐漸增大，不同水稻品種種子的發(fā)芽率均逐漸下降，且不同水稻品種對(duì)鎘脅迫的耐受性差異顯著。申玉香等［9］通過對(duì)特優(yōu)599與鹽稻8號(hào)等2個(gè)水稻品種的研究表明，當(dāng)鎘離子濃度小于5 mg／L時(shí)，該2個(gè)水稻品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率均顯著高于對(duì)照的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率；當(dāng)鎘離子濃度大于5 mg／L時(shí)，該2個(gè)水稻品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率呈極顯著下降。由于本研究所選取的鎘脅迫濃度偏高，各鎘脅迫濃度對(duì)不同水稻品種（系）種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率均呈抑制作用。

本研究結(jié)果表明，不同濃度鎘脅迫處理下，不同水稻品種（系）種子各萌發(fā)與幼苗生長性狀的相互關(guān)系密切。本研究結(jié)果還表明，水稻種子的各種子萌發(fā)特性與幼苗生長指標(biāo)對(duì)鎘脅迫的耐受性不同，活力指數(shù)、幼苗根長對(duì)鎘脅迫最敏感，受抑制程度最大，而發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率受鎘脅迫影響程度相對(duì)較小。曾翔等［10］、孟桂元等［11］對(duì)不同水稻品種在不同鎘脅迫濃度下進(jìn)行萌發(fā)特性研究表明，不同水稻品種的鎘脅迫抗性存在明顯的品種間差異。本研究結(jié)果表明，相同Cd2＋脅迫濃度處理對(duì)不同水稻品種（系）種子的各種子萌發(fā)性狀的抑制程度存在明顯的品種（系）間差異，供試的52個(gè)水稻品種（系）中，有天豐A×廣恢、湘晚秈17號(hào)、佳福占、湘農(nóng)大紅米、昕紅129、岡46B、華占、湘晚秈12號(hào)、協(xié)青早 B、湘豐 B等共10個(gè)水稻品種（系）對(duì)鎘脅迫的抗性較強(qiáng)。

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