摘 要：探究水稻幼苗植株對鎘(Cd)的適應(yīng)能力，為水稻的重金屬防治提供理論基礎(chǔ)。利用瓊脂培養(yǎng)條件模擬濕地環(huán)境，研究在不同Cd濃度條件下水稻幼苗植株生長、Cd含量及生理指標(biāo)的所受影響及其對Cd的適應(yīng)能力。結(jié)果表明：水稻幼苗內(nèi)Cd元素含量隨添加的Cd濃度升高而升高，根系中的Cd含量遠高于地上部，當(dāng)Cd濃度≥2.5 mg· L-1時，水稻幼苗鮮重、干重、株高和根長的抑制均達到了顯著程度。瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中的鎘濃度在0～20 mg· L-1范圍內(nèi)，富集系數(shù)在Cd濃度為10.0 mg·L-1時達到最小，隨后趨于平穩(wěn);轉(zhuǎn)運系數(shù)呈先增長后趨于平穩(wěn)的趨勢。綜上說明水稻幼苗在Cd濃度≥2.5 mg· L-1時生長受到顯著抑制，水稻幼苗對Cd具有一定的富集和轉(zhuǎn)運能力。

　　關(guān)鍵詞：鎘(Cd);水稻;瓊脂培養(yǎng)基質(zhì);植株生長

　　鎘(Cd)是一種具有很強毒性的金屬物質(zhì)，土壤中的鎘有較強的向植物根系遷移的能力，因此植物往往容易富集鎘[1-2]。植物受鎘毒害的程度因植物種類、鎘濃度以及植物受脅迫的發(fā)育階段不同而存在較大差異[3-4]。水稻是世界第二大糧食作物，也是我國第一大糧食作物，因此稻谷的品質(zhì)與人們的健康密切相關(guān)。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)鎘污染在水稻中表現(xiàn)得尤為突出[5]。目前針對Cd脅迫下水稻的生長、Cd積累特征的研究多是從重金屬復(fù)合脅迫等角度入手且大多限于對水稻形態(tài)指標(biāo)的考查和分析[6-8]。但單一重金屬Cd對水稻幼苗生長及生理特性的影響，顯著影響水稻幼苗生長和生理指標(biāo)的Cd脅迫濃度，及轉(zhuǎn)運規(guī)律尚待進一步明確。有研究表明，生長在瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中的水稻所形成的形態(tài)和結(jié)構(gòu)與生長在厭氧的濕地環(huán)境中相似[9]。本試驗選用瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)模擬水稻厭氧的濕地環(huán)境，研究在接近水稻生長的實際環(huán)境中，不同濃度Cd對水稻幼苗生長的影響和Cd在水稻幼苗體內(nèi)的轉(zhuǎn)運富集情況，可為Cd低積累水稻品種的選育提供信息，也為水稻的重金屬Cd污染防治提供理論參考，對稻米的安全生產(chǎn)和環(huán)境保護具有重要意義。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　供試水稻品種為Y兩優(yōu)911，種子購于福建省種子公司。

　　Hogland溶液：購于福州飛凈生物科技有限公司。

　　1.2 試驗方法

　　1.2.1 試驗處理 選取籽粒飽滿的水稻種子，以30% H2O2浸泡15 min，用去離子水沖洗后置于培養(yǎng)皿中，恒溫避光催芽。

　　配制不同Cd濃度的瓊脂基質(zhì)(Hogland溶液)。將瓊脂粉煮沸1 h，其間不斷攪拌，待至室溫時再加入Hogland溶液混勻，然后加入CdCl2·2H2O，配成不同Cd濃度梯度的瓊脂溶液，將制好的瓊脂溶液置于聚氯乙烯盆(直徑9 cm、高12 cm)中，每盆500 mL。

　　待水稻幼苗長至1葉1心時，選擇長勢優(yōu)良、植株情況相近的幼苗分別移植至處理好的瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中，設(shè)置6個Cd濃度梯度(0、1.0、2.5、5.0、10.0、15.0、20.0 mg·L-1)，其中以不添加Cd為對照(CK)，每個處理3次重復(fù)，每次重復(fù)3株植株。每5 d更新1次瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)。處理10 d后測定Cd對水稻幼苗的影響。

　　1.2.2 測定指標(biāo)及方法 水稻幼苗的植株高度、植株根部及地上部分的鮮重和干重、植株中元素(Cd、As、Pb)含量、轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)。

　　其中幼苗的株高以游標(biāo)卡尺測定;植株不同部位的鮮重及干重使用電子天平測定，干重先105℃下殺青10 min，再在60℃下烘干至恒重[10];Cd元素含量使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定;轉(zhuǎn)移系數(shù)是指水稻幼苗地上部分與地下部分Cd含量的比值[11];富集系數(shù)是指水稻幼苗地上部分鎘含量與瓊脂基質(zhì)中鎘含量的比值[12]。

　　1.3 數(shù)據(jù)處理方法

　　數(shù)據(jù)圖表采用Excel 2013軟件處理，多重差異顯著性采用SPSS 21軟件分析，有效數(shù)據(jù)使用Duncan′s新復(fù)極差法進行多重比較分析。試驗結(jié)果為3次測定結(jié)果的平均值。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 不同濃度Cd對水稻幼苗生長的影響

　　由表1可知，隨鎘濃度的增加水稻幼苗的生長受到一定影響。與不添加Cd的對照組CK相比，瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中添加Cd濃度為1.0 mg·L-1時，株高略有下降但差異不顯著(P>0.05)，說明較低濃度的鎘脅迫對水稻幼苗植株長勢的影響不大;而當(dāng)瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中Cd濃度≥2.5 mg·L-1時，隨著Cd濃度的增加，株高及植株生長狀態(tài)均受到明顯抑制(P<0.05);與CK組相比，Cd濃度為2.5、5.0、10.0 mg·L-1時，植株高度依次下降，且伴有越來越明顯的葉根系褐變、植株發(fā)育不良、葉尖呈現(xiàn)褐色壞死斑、葉色變黃現(xiàn)象(圖1);當(dāng)Cd濃度≥15 mg·L-1時，15 d后大部分水稻植株萎蔫干枯甚至停止生長。

　　2.2 不同濃度Cd對水稻幼苗生長量的影響

　　由圖2可知，隨Cd濃度的增加水稻幼苗的生長量受鎘危害影響明顯。與不添加Cd的對照組CK相比，瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中添加Cd濃度為1.0 mg· L-1時，植株不同部位的鮮重略有下降，不同部位的干重基本不變;當(dāng)瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中Cd濃度≥2.5 mg· L-1時，隨著Cd濃度的增加，植株不同部位的鮮、干重均呈現(xiàn)顯著抑制(P<0.05);與CK相比，Cd濃度為2.5、5.0、10.0 mg· L-1時，植株葉、根因受鎘為害難越來越難以萌發(fā)，導(dǎo)致植株鮮重依次下降34.18%、50.63%和58.23%，植株干重依次下降22.22%、33.33%和33.33%;當(dāng)Cd濃度≥15.0 mg· L-1時，植株各項生長量為試驗最低，且存活植株試驗結(jié)束后全部死亡。

　　2.3 不同濃度Cd對水稻幼苗重金屬分布的影響

　　由表2可知，水稻幼苗中不同部分的Cd含量均隨瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中不同Cd濃度的增加而上升，Cd分布規(guī)律為根系大于地上部。在整個植株中，水稻幼苗根部對鎘具有較強的吸收與積累能力，其中當(dāng)Cd濃度為20.0 mg·L-1時，地上部和地下部Cd含量分別達到最大值，為24.532 mg·kg-1和265.509 mg·L-1;伴隨著植株中Cd含量的增加，水稻幼苗中富集的砷(As)及鉛(Pb)含量呈現(xiàn)逐漸增大的吸收和富集趨勢，當(dāng)幼苗地下部Cd含量達到最大值時，相同部位富集的As及Pb含量也達到了最大值，分別為0.010 mg·L-1和0.120 mg·L-1，這部分As及Pb可能來自配置Cd溶液藥品中的雜質(zhì)，這說明水稻幼苗中富集的重金屬存在一定協(xié)同吸收作用。

　　2.4 水稻幼苗對Cd富集和轉(zhuǎn)移的情況

　　由圖3可知，試驗水稻幼苗對鎘的富集能力在不同Cd濃度的瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)處理中差異顯著。在低濃度Cd處理時其富集能力高于高濃度 Cd處理。供試水稻幼苗的富集系數(shù)隨瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中Cd濃度的增加而呈現(xiàn)先降低后趨于平穩(wěn)的趨勢。結(jié)合表1和圖3可知，高濃度Cd處理植株的根部由于受Cd毒害而難以萌發(fā)，導(dǎo)致干重較小，影響了其對瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中鎘的吸收能力。當(dāng)Cd濃度為10 mg· L-1時，富集系數(shù)達到最小，伴隨Cd濃度繼續(xù)遞增，富集系數(shù)呈平穩(wěn)趨勢。在瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中的Cd濃度在0～20 mg· L-1范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)運系數(shù)呈先增長后趨于平穩(wěn)的趨勢，由于供試品種的轉(zhuǎn)運系數(shù)普遍較小(0.092～0.142) ，可知Cd被根系吸收后，大部分被富集于水稻幼苗根部，只有少量的Cd被轉(zhuǎn)運至地上部分。這與周全等[13]、王新等[14]研究認為的Cd在水稻體內(nèi)積累的一般規(guī)律為根部>地上部分具有一致性。

　　3 結(jié)論與討論

　　水稻幼苗植株在瓊脂培養(yǎng)基質(zhì)中受Cd毒害的表現(xiàn)為植株發(fā)育不良、生長矮小、葉片黃化和新根難以萌發(fā)甚至死亡現(xiàn)象，說明Cd對水稻幼苗的脅迫會抑制水稻的生長發(fā)育，傷害植株根系，使植株葉片中的葉綠素含量降低，影響水稻幼苗正常的光合作用。本研究結(jié)果表明，不同Cd濃度處理對水稻幼苗根長的抑制作用都明顯大于苗長和苗鮮重，且隨著Cd濃度的增加逐漸加強。當(dāng)Cd濃度≥2.5 mg· L-1時，水稻幼苗鮮重、干重、株高和根長的抑制均達到了顯著程度，這必將對水稻幼苗后續(xù)生長和作物產(chǎn)量造成不利影響。通過比較分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)水稻幼苗富集Cd含量達到最大值時植株富集的As及Pb含量也達到了最大值，說明水稻幼苗中富集的重金屬存在一定協(xié)同吸收作用，且對水稻幼苗的鮮重、干重、株高和根長影響趨勢是一致的。這對于研究該水稻品種對復(fù)合重金屬污染的抗性具有一定的參考價值。

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