李 艷， 石 軍， 艾 玲， 程 琳， 吳尚明， 辜小琴

(1.生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，綿陽(yáng)師范學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000；2.綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 綿陽(yáng) 621023)

重金屬鎘脅迫下不同栽培模式對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

李 艷1， 石 軍2*， 艾 玲1， 程 琳1， 吳尚明1， 辜小琴1

(1.生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，綿陽(yáng)師范學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000；2.綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 綿陽(yáng) 621023)

以宜香優(yōu)2115(YX)，川農(nóng)優(yōu)華占(HZ)，F(xiàn)優(yōu)498(FY)為試驗(yàn)材料，通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)?zāi)M重金屬鎘污染，研究不同混作方式和單作方式下水稻生長(zhǎng)和物質(zhì)積累的差異.結(jié)果表明：兩兩混作模式和三品種混作模式下水稻地上和地下部干物質(zhì)積累均比單作模式下低；光合作用受混作處理影響不大，但4種混作處理下地下部可溶性總糖含量均較單作下顯著升高，而地下部淀粉含量在HZ與FY混作以及三品種混作下顯著升高，HZ升高的程度最大.因此，在重金屬脅迫下，混作栽培比單作栽培受到的脅迫壓力更大，且不同品種的適應(yīng)性不同.表8，參12.

重金屬; 栽培模式; 水稻; 光合作用

重金屬污染已成為危害我國(guó)糧食生產(chǎn)的重要環(huán)境問(wèn)題[1].水稻作為我國(guó)主要糧食作物，生產(chǎn)安全問(wèn)題受到普遍關(guān)注.由于其水生環(huán)境，更容易從水體以及淤泥中吸收重金屬.以往研究有關(guān)于在水稻栽培過(guò)程中施入活性炭、石灰、有機(jī)肥等改良劑來(lái)減少水稻對(duì)重金屬吸附[2]的研究報(bào)道.另外通過(guò)農(nóng)藝調(diào)控措施，如種植模式等的改變也可有效減少作物對(duì)重金屬的吸附[3-4]，是作物安全生產(chǎn)的有效途徑.

水稻栽培方式的不同會(huì)對(duì)水稻生長(zhǎng)、品質(zhì)等產(chǎn)生影響[5].研究以3個(gè)水稻品種為試驗(yàn)對(duì)象，采用兩兩混種或者3個(gè)品種混種的方式種植，以了解重金屬污染下，不同品種間及不同栽培方式下水稻的生長(zhǎng)狀況差異，以期為水稻的安全生產(chǎn)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)選用宜香優(yōu)2115(YX)，川農(nóng)優(yōu)華占(HZ)和F優(yōu)498(FY)種子為研究材料.2016年4月初將種子在育秧盤(pán)育秧，待秧苗長(zhǎng)到4葉1心期，將秧苗移栽到盆中進(jìn)行盆栽實(shí)驗(yàn).

1.2 試驗(yàn)方法

供試土壤取自綿陽(yáng)市農(nóng)科院試驗(yàn)田未被污染土壤.先將土壤風(fēng)干過(guò)篩，然后進(jìn)行重金屬處理.將CdCl2.2.5H2O溶液混入土壤中并攪拌均勻后分裝到10 L桶中，每桶8 kg土壤，保持淹水狀態(tài)平衡放置一個(gè)月，鎘處理水平為10 mg kg-1干土.

品種間兩兩混作包括三個(gè)處理(YX×HZ；YX×FY；HZ×FY)，每個(gè)品種3株，每盆6株；三個(gè)品種混作處理為YX×HZ×FY，每品種2株，每盆6株；各品種單作作為對(duì)照，每盆6株.每處理5個(gè)重復(fù).

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 生物量測(cè)定

于2016年8月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)處理，收生物量.將地上部分和地下部分分開(kāi)收獲，于110 ℃殺青1 h，后在70 ℃烘干至衡重，稱(chēng)干重.

1.3.2 光合作用測(cè)定

于2016年8月10日，在每個(gè)重復(fù)中每品種隨機(jī)地選擇1株植株，測(cè)定倒3葉的葉片氣體交換.在晴朗的上午08∶00～11∶30期間用LI-6400便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)(LI-COR Inc. Lincoln, Nebr.)進(jìn)行測(cè)定.測(cè)定時(shí)將葉面溫度控制為25 ℃，光照強(qiáng)度控制為1,400 μmol m-2s-1，相對(duì)濕度控制為50%左右、CO2濃度控制為400 ± 5 μmol mol-1.

1.3.3 淀粉及可溶性總糖含量分析

分別將地上部和地下部干樣進(jìn)行粉碎、過(guò)100目篩，樣品用于淀粉和總糖含量測(cè)定.可溶性總糖和淀粉分析參照文獻(xiàn)[6-7]的方法進(jìn)行.

2 結(jié)果分析

2.1 不同處理對(duì)水稻各指標(biāo)的影響

表1為YX與HZ的混作實(shí)驗(yàn)，從表中可以看出，YX和HZ的混作處理對(duì)地上部生物量以及地下部的總糖含量影響極顯著，同時(shí)對(duì)地下部生物量和地上部淀粉含量的影響也達(dá)到了顯著水平；品種的影響在地上部生物量和地下部淀粉含量上達(dá)到了極顯著水平；品種和混作間的交互作用對(duì)地上部生物量、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率以及地下部總糖含量都有顯著影響.

表1 重金屬處理下宜香優(yōu)2115與川農(nóng)優(yōu)華占混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)影響的方差分析

從表2的結(jié)果顯示，YX和FY的混作處理對(duì)地上和地下部生物量以及地下部總糖含量都達(dá)到了極顯著影響；品種對(duì)胞間CO2濃度和地上部淀粉含量的影響顯著，并且對(duì)地下部生物量的影響達(dá)到了極顯著水平；混作和品種的交互作用對(duì)地下部總糖含量影響極顯著.

表2 重金屬處理下宜香優(yōu)2115與F優(yōu)498混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)影響的方差分析

從表3可以看出，HZ和FY混作對(duì)地上部生物量、地下部淀粉含量產(chǎn)生了極顯著影響，同時(shí)對(duì)地下部生物量、凈光合速率、地下部總糖含量影響顯著；品種對(duì)地上部淀粉和總糖含量的影響極顯著，對(duì)地上和地下部生物量、凈光合速率、地下部總糖的影響也達(dá)到顯著水平；混作和品種的交互作用對(duì)地上部和地下部總糖影響達(dá)顯著水平.

表3 重金屬處理下川農(nóng)優(yōu)華占與F優(yōu)498混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)影響的方差分析

從表4可知YX、HZ、FY三品種混作處理極顯著影響了地上和地下部生物量以及地下部總糖含量，對(duì)地下部淀粉含量的影響也達(dá)到顯著水平；品種處理對(duì)地上、地下部生物量、地下部淀粉和總糖含量的影響極顯著，對(duì)地上部淀粉含量影響也達(dá)顯著水平；三品種混作和品種的交互作用顯著影響了地下部生物量、地上部總糖以及地下部淀粉和總糖含量.

表4 重金屬處理下宜香優(yōu)2115、川農(nóng)優(yōu)華占與F優(yōu)498三品種混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)影響的方差分析

2.2 不同處理方式對(duì)水稻各指標(biāo)影響

從表5中可以看出，YX和HZ在混作處理下與單作處理下相比地上部和地下部的生物量都顯著降低；YX的胞間CO2濃度在混作下比在單作下顯著升高，而HZ在混作和單作無(wú)顯著差異；兩個(gè)品種的地下部總糖含量在混作下也比單作下顯著升高，但品種間無(wú)差異.

從表6可知，YX與FY混作處理下，地上部和地下部生物量均顯著低于單作處理；YX在混作下的胞間CO2濃度顯著高于單作處理，并且兩品種的地下部總糖含量在混作處理下也顯著高于單作處理，同時(shí)FY顯著高于YX.

表5 重金屬處理下宜香優(yōu)2115與川農(nóng)優(yōu)華占混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

表6 重金屬處理下宜香優(yōu)2115與F優(yōu)498混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

表7結(jié)果顯示，與單作相比，HZ和FY混作處理后兩品種的地上部生物量、凈光合速率均顯著降低，同時(shí)FY的地下部生物量也顯著降低；混作處理使兩品種的地下部淀粉含量也比單作顯著增加，并且HZ的地上部總糖以及FY的地下部總糖含量也比單作下顯著增加.

表7 重金屬處理下川農(nóng)優(yōu)華占與F優(yōu)498混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

表8結(jié)果顯示，YX、HZ和FY的地上和地下部生物量在三品種混作處理下均比單作處理顯著降低；YX的地上部和地下部總糖含量在混作處理下顯著高于單作處理；FY的地下部淀粉和總糖含量在混作下也顯著高于單作處理；HZ的地下部淀粉含量在混作下顯著高于單作.

表8 重金屬處理下宜香優(yōu)2115、川農(nóng)優(yōu)華占、F優(yōu)498三品種混作處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

3 討 論

不同栽培模式會(huì)對(duì)水稻生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，如影響其生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量等[8-9].不同栽培方式可以通過(guò)改變生育期、干物質(zhì)積累狀況等影響稻米品質(zhì).同時(shí)栽培方式的不同也可以影響土壤的理化性質(zhì)，從而改變土壤中重金屬的含量和有效性[10-11].研究結(jié)果表明，在重金屬脅迫下，不同水稻品種的兩兩混作和三品種混作模式下水稻地上和地下生物量與單作相比均受到影響；YX與HZ混作，YX與FY混作以及三品種混作模式下生物量的降低與光合特征的改變無(wú)關(guān)，即混作后光合特性并無(wú)變化，因此與對(duì)照相比生物量的降低可能是由于混作下重金屬對(duì)各品種葉綠素的合成影響加重，進(jìn)而影響了地上和地下部的干物質(zhì)的積累.HZ和FY混作下凈光合速率下降明顯，品種對(duì)光合速率的影響也達(dá)到了顯著水平，因此不同品種混作后其光合受到的影響是不同的.

非結(jié)構(gòu)性碳水化合物即淀粉和可溶性總糖的積累可以反應(yīng)植物的碳積累源庫(kù)關(guān)系[12].本研究結(jié)果中YX與HZ以及YX與FY混作后與對(duì)照相比地上和地下部淀粉含量都無(wú)顯著變化，但地下部可溶性總糖含量顯著增加.因此在這兩種混作方式下YX、HZ以及FY地下部即根系受到的脅迫壓力比單作方式下更強(qiáng)，這可能也是導(dǎo)致干物質(zhì)積累下降的原因.HZ和FY混作下，HZ的地上部可溶性總糖比單作顯著增加，而FY的可溶性總糖主要在根系中升高，因此這兩個(gè)品種混作下HZ的脅迫壓力主要集中在地上部而FY的主要集中在地下部.另外兩個(gè)品種地下部分的淀粉含量也較對(duì)照顯著增加，并且增加的程度華占要高于FY，因此重金屬脅迫下，混作模式下HZ比FY具有更好的碳水化合物積累能力.三品種混作后，與對(duì)照相比HZ受到的脅迫壓力都要小于YX和FY，淀粉的儲(chǔ)存能力也更好.因此在重金屬脅迫下，兩兩混作和三品種混作栽培方式下HZ的抗重金屬毒害能力要優(yōu)于YX和FY.

4 結(jié) 語(yǔ)

在重金屬脅迫下，混作栽培比單作栽培受到的脅迫壓力更大.同時(shí)不同品種在混作栽培方式下的表現(xiàn)也不相同，研究中HZ在與其它品種的兩兩混作和三品種混作模式下都表現(xiàn)出了更好的適應(yīng)重金屬脅迫的能力.這可能是因?yàn)榛熳髟耘嘞?，重金屬脅迫下，單作栽培下同一品種間競(jìng)爭(zhēng)小，而不同品種間的競(jìng)爭(zhēng)壓力在重金屬脅迫環(huán)境中更加突出，導(dǎo)致了生物量積累的降低.HZ在混作下的優(yōu)勢(shì)也說(shuō)明了其與其它品種相比更好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)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

農(nóng)業(yè)部國(guó)家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(編號(hào)：CARS-01-76)；四川省科技廳支撐項(xiàng)目(編號(hào)：2017FZ0022)；綿陽(yáng)師范學(xué)院校級(jí)科研平臺(tái)項(xiàng)目(編號(hào)：2013A07)

李 艷(1981-)，女，四川樂(lè)山人，博士，副教授，研究方向：植物抗逆機(jī)制. *通訊作者,E-mail:tibm@163.com

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.02-009

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