黔南州4个水稻地方品种对镉胁迫的耐受性比较试验

龙应霞 刘洋 陈菊 陈世军 郭治友

摘 要 以贵州省黔南州水稻地方品种撒哈麻谷（3）、红岩粘、小红米（2）、合爱黑糯为试验材料，采用溶液培养法研究不同水平Cd2＋胁迫对水稻幼苗生長的影响，以获得耐镉性品种。试验结果表明，随着Cd2＋浓度的增加，4个品种水稻幼苗根数、根长、叶数、株高均呈现不同的变化趋势，根数表现为低促高抑，而根长、叶数、株高的变化情况因品种不同而存在较大差异，红岩粘有明显优势；
随着Cd2＋浓度的增加，各品种幼苗叶片所含叶绿素逐渐下降，合爱黑糯和小红米（2）下降快、降幅较大，而撒哈麻谷（3）和红岩粘降幅小、降速慢；
各品种过氧化物酶含量随Cd2＋处理浓度的增加总体呈上升趋势，表现在撒哈麻谷（3）、小红米（2）、合爱黑糯叶内过氧化物酶在Cd2＋胁迫浓度为20 μmol·L-1时开始快速上升，且幅度较大，红岩粘在Cd2＋胁迫浓度低于60 μmol·L-1前上升速度慢，升幅小。综合来看，Cd2＋耐性排序为红岩粘＞撒哈麻谷（3）＞合爱黑糯＞小红米（2）。

关键词：Cd2＋胁迫；
地方品种；
水稻幼苗；
生理性状；
贵州省黔南布依族族苗族自治州

中图分类号：S511；
X503.231 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.18.073

随着工农业生产的快速发展，环境污染日益严重，重金属污染，尤其是镉（Cd）污染，已成为 当今污染面积最广、危害最大的环境问题之一。镉不是植物生长必需的微量元素，也不参与体内的代谢活动，但易被植物吸收，过量积累镉会对植物产生明显的毒害作用，表现出生长迟缓、植株矮小、褪绿等中毒症状，严重影响产量[1-12]。

水稻（Oryza sativa L.）是我国主要的粮食作物之一，水稻的高产稳产对于维护我国粮食安全具有重要作用。不同水稻品种对镉的吸收和积累存在差异，筛选耐镉品种成为保障水稻生产的必要手段[13-18]。地方品种是指在当地自然或栽培条件下，经长期自然或人为选择形成的品种。黔南布依族苗族自治州是传统水稻种植区，地方品种资源丰富。开展黔南水稻地方品种耐镉性的研究、筛选抗镉能力较强的品种用于大田生产，有助于减轻镉对水稻产量、质量的影响。

试验以黔南水稻地方品种撒哈麻谷（3）、红岩粘、小红米（2）、合爱黑糯为材料，比较镉胁迫下4个品种生理特性的变化，为筛选推广水稻耐镉品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为撒哈麻谷（3）、红岩粘、小红米（2）、合爱黑糯，由贵州省农作物品种资源研究所提供。

1.2 试验方法

以改良Hoagland’s营养液为基础，采用水培法，镉源为CdCl2，设计Cd2＋浓度分别为20 μmol·L-1、40 μmol·L-1、60 μmol·L-1、80 μmol·L-1、100 μmol·L-1、120 μmol·L-1和140  μmol·L-1，对照为空白改良Hoagland’s培养液。

水稻幼苗两叶一心时25 ℃恒温培养，3次重复。每2 d更换1次培养液，培养30 d。测量相关生理性状，用计数法记录水稻幼苗根数、叶数，用直尺测量根长、株高，分光光度法测定叶绿素含量、过氧化物酶（POD）活性[15]。

1.3 数据处理

利用Microsoft Office Excel 2007和SPSS 17.0对数据进行处理，P＜0.05表示数据差异具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 镉对水稻幼苗生理性状的影响

2.1.1 根数

由表1可知，随着Cd2＋胁迫浓度的增加各品种水稻根数均呈先增后减的趋势；
Cd2＋浓度为20 μmol·L-1时，Cd2＋对水稻根发生有一定的促进效果；
在Cd2＋浓度为40 μmol·L-1时，显著抑制撒哈麻谷（3）、小红米（2）根发生。

撒哈麻谷（3）在Cd2＋胁迫浓度为40～120 μmol·L-1时各浓度处理组间差异不显著，与对照组相比根数下降显著，在Cd2＋胁迫浓度为140 μmol·L-1时与其他各处理相比根数降低显著。小红米（2）根数在Cd2＋胁迫浓度为60 μmol·L-1和80 μmol·L-1、120 μmol·L-1和140 μmol·L-1处理间差异不显著，但比对照组明显下降。可见，Cd2＋胁迫对不同水稻品种根数的影响存在较大差异。

2.1.2 根长

从表2可以看出，随着Cd2＋离子浓度的升高，4个品种幼苗根长变化差异较大。在Cd2＋胁迫浓度为20 μmol·L-1时，各品种幼苗根长与对照组相比差异不显著，对水稻撒哈麻谷（3）、红岩粘根长有一定的促进作用；
撒哈麻谷（3）除在Cd2＋胁迫浓度20 μmol·L-1、40 μmol·L-1下与对照组差异不显著，在80 μmol·L-1与100 μmol·L-1处理间差异不显著外，其余处理间差异显著，其根长随Cd2＋浓度增加而明显下降。红岩粘根长在Cd2＋胁迫浓度为20～60 μmol·L-1时与对照组差异不显著，且根长随Cd2＋浓度增加而有一定的增大趋势；
当Cd2＋浓度≥80 μmol·L-1，各处理组间差异显著，根长明显下降。合爱黑糯幼苗根长随Cd2＋浓度的升高而显著下降。小红米（2）除Cd2＋浓度120 μmol·L-1与140 μmol·L-1处理组间差异不显著外，其余各处理组间差异显著，其幼苗根长随Cd2＋胁迫浓度的增加急剧下降。相比而言，红岩粘幼苗对Cd2＋胁迫具有较强的耐受性，小红米（2）耐受性最差。

2.1.3 株高

从表3可以看出，撒哈麻谷（3）、红岩粘水稻幼苗株高在Cd2＋浓度低于60 μmol·L-1时随浓度增大有所增加，超过60 μmol·L-1后随Cd2＋浓度的升高而降低；
Cd2＋浓度为20 μmol·L-1时对小红米（2）的株高有一定促进作用，而后随Cd2＋浓度增大而降低；
而合爱黑糯幼苗株高随Cd2＋离子浓度的升高而逐渐降低；
在Cd2＋胁迫浓度为20 μmol·L-1时，各品种幼苗株高与对照组差异均不显著，说明在低Cd2＋浓度（≤60 μmol·L-1）条件下，撒哈麻谷（3）、红岩粘对Cd2＋具有较强的耐性。

在Cd2＋浓度为100 μmol·L-1和120 μmol·L-1时，红岩粘、合爱黑糯与对照组差异显著，但浓度间差异不显著；
撒哈麻谷（3）、合爱黑糯在Cd2＋胁迫浓度为120 μmol·L-1和140 μmol·L-1的处理组间差异不显著；
在Cd2＋≥60 μmol·L-1时，合爱黑糯幼苗株高与对照组差异显著，但各处理组间差异不显著；
小红米（2）在Cd2＋胁迫浓度为60 μmol·L-1与80 μmol·L-1、120 μmol·L-1与160 μmol·L-1处理组间差异不显著。相比而言，小红米（2）株高受Cd2＋胁迫影响最大。

2.1.4 叶数

从表4可以看出，各品种幼苗叶数受Cd2＋胁迫的影响不大。撒哈麻谷（3）、红岩粘除在Cd2＋胁迫浓度为140 μmol·L-1时叶数与对照组差异显著外，其余各处理与对照均无显著差异。合爱黑糯各处理叶数与对照组均无显著差异，但随着Cd2＋胁迫浓度的增加，幼苗叶片数目明显下降。当Cd2＋浓度≥80 μmol·L-1时，小红米（2）胁迫处理组与对照组差异显著，且该浓度范围内各处理组间差异不显著。因此，Cd2＋胁迫对水稻幼苗叶片的影响程度较小。

2.2 镉对水稻幼苗叶绿素含量的影响

从图1可以看出，随着Cd2＋胁迫浓度的增加，各水稻品种幼苗叶绿素含量均呈下降趋势，但不同品种间有较大差异。撒哈麻谷（3）受Cd2＋胁迫影响程度小，各处理间叶绿素含量变化不大，含量变化率最大为0.70 mg·g-1。在Cd2＋浓度≤40 μmol·L-1时，红岩粘各处理组叶绿素含量与对照组差异较小；
当Cd2＋离子浓度＞40 μmol·L-1时，各处理组间叶绿素含量下降明显，降幅较大，最大降幅达1.16 mg·g-1。在Cd2＋胁迫浓度为20 μmol·L-1与40 μmol·L-1、60 μmol·L-1与80 μmol·L-1、120 μmol·L-1与140 μmol·L-1处理下，合爱黑糯叶绿素含量变化差异不大，但与对照相比，各处理组叶绿素含量均随着Cd2＋胁迫浓度的升高而逐渐降低。小红米（2）在Cd2＋胁迫浓度为40 μmol·L-1与60 μmol·L-1处理组间无显著差异，除120 μmol·L-1的处理外，其余各组叶绿素含量均随Cd2＋胁迫浓度增加而下降。总体上看，撒哈麻谷（3）、红岩粘水稻幼苗叶绿素含量受Cd2＋胁迫的影响较小。

2.3 镉对水稻幼苗叶片过氧化物酶活性的影响

从图2可以看出，4个水稻品种中过氧化物酶含量均随Cd2＋胁迫浓度的增加而上升。在Cd2＋≤60 μmol·L-1时，各品种过氧化物酶活性与对照组相比上升缓慢，红岩粘过氧化物酶活性变化速度最慢。在Cd2＋≥60 μmol·L-1时，撒哈麻谷（3）幼苗内过氧化物酶活性迅速增加，上升幅度最大；
小红米（2）过氧化物酶活性递增趋势平缓，幅度不及撒哈麻谷（3）；
在Cd2＋浓度＜100 μmol·L-1时，合爱黑糯过氧化物酶活性增加缓慢，超过该浓度之后则迅速增加，但上升幅度不及撒哈麻谷（3）、小红米（2）；
Cd2＋为80、100 μmol·L-1时，红岩粘过氧化物酶活性基本一样，在Cd2＋超过100 μmol·L-1时，过氧化物酶活性迅速上升，但整体上升幅度最小。可见，Cd2＋胁迫下不同品种间过氧化物酶变化差异明显不同；
红岩粘整体变化最小，撒哈麻谷（3）在高Cd2＋胁迫处理下变化最大。

3 结论与讨论

研究发现，Cd2＋胁迫下推广种植的杂交水稻品种生长受抑制[2，6-8， 10-12，14]。试验数据表明，Cd2＋胁迫对4个水稻地方品种幼苗生长具有明显的抑制作用，存在浓度效应。Cd2＋胁迫对根的抑制作用大于对茎和叶的抑制作用，且供试的4个地方品种对Cd2＋胁迫的耐受能力存在很大差异，这与严勋等的研究结果一致[17]。试验表明，红岩粘耐Cd2＋性较强，根发生受抑制的Cd2＋胁迫浓度大于100 μmol·L-1，在低Cd2＋胁迫浓度下（≤40 μmol·L-1）促进根发生；
根伸长受抑制的Cd2＋胁迫浓度大于60 μmol·L-1。撒哈麻谷（3）、小红米（2）根发生在Cd2＋胁迫浓度＞20 μmol·L-1时就受到抑制，且小红米（2）与合爱黑糯根长也在大于该胁迫浓度的各处理下受到抑制。比较4个品种的株高与叶片数目，红岩粘与撒哈麻谷（3）株高受影响较小，在Cd2＋胁迫浓度＜60 μmol·L-1时具有促进作用，小红米（2）与合爱黑糯在低Cd2＋胁迫浓度（＞20 μmol·L-1）时就开始受到抑制。Cd2＋胁迫对叶的抑制在4个品种间无较大差异，不同Cd2＋胁迫浓度处理下叶片数目变化不大。

植物抵抗逆境有一定的适应方式，可以通过增加体内过氧化物酶的活性，消除氧自由基、过氧化氢等有毒物质的积累，减轻对植物的伤害[4]。随着Cd2＋胁迫的程度增加，水稻幼苗体内过氧化物酶活性也随之升高，4种水稻幼苗体内过氧化物酶活性呈线性增加，表现在撒哈麻谷（3）上升最快、升幅最大，红岩粘上升较慢、幅度最小。

综合来看，供试的4个水稻地方品種中耐Cd2＋性由强到弱依次为红岩粘、撒哈麻谷（3）、合爱黑糯、小红米（2）。

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（责任编辑：张春雨）

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