重金屬鎘脅迫下不同栽培模式對水稻生長的影響

李 艷， 石 軍， 艾 玲， 程 琳， 吳尚明， 辜小琴

(1.生態(tài)安全與保護四川省重點實驗室，綿陽師范學院，四川 綿陽 621000；2.綿陽市農業(yè)科學研究院，四川 綿陽 621023)

重金屬鎘脅迫下不同栽培模式對水稻生長的影響

李 艷1， 石 軍2*， 艾 玲1， 程 琳1， 吳尚明1， 辜小琴1

(1.生態(tài)安全與保護四川省重點實驗室，綿陽師范學院，四川 綿陽 621000；2.綿陽市農業(yè)科學研究院，四川 綿陽 621023)

以宜香優(yōu)2115(YX)，川農優(yōu)華占(HZ)，F(xiàn)優(yōu)498(FY)為試驗材料，通過盆栽實驗模擬重金屬鎘污染，研究不同混作方式和單作方式下水稻生長和物質積累的差異.結果表明：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糧食生產的重要環(huán)境問題[1].水稻作為我國主要糧食作物，生產安全問題受到普遍關注.由于其水生環(huán)境，更容易從水體以及淤泥中吸收重金屬.以往研究有關于在水稻栽培過程中施入活性炭、石灰、有機肥等改良劑來減少水稻對重金屬吸附[2]的研究報道.另外通過農藝調控措施，如種植模式等的改變也可有效減少作物對重金屬的吸附[3-4]，是作物安全生產的有效途徑.

水稻栽培方式的不同會對水稻生長、品質等產生影響[5].研究以3個水稻品種為試驗對象，采用兩兩混種或者3個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狀況差異，以期為水稻的安全生產提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

試驗選用宜香優(yōu)2115(YX)，川農優(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育秧，待秧苗長到4葉1心期，將秧苗移栽到盆中進行盆栽實驗.

1.2 試驗方法

供試土壤取自綿陽市農科院試驗田未被污染土壤.先將土壤風干過篩，然后進行重金屬處理.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)平衡放置一個月，鎘處理水平為10 mg kg-1干土.

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

1.3 指標測定

1.3.1 生物量測定

于2016年8月25日結束實驗處理，收生物量.將地上部分和地下部分分開收獲，于110 ℃殺青1 h，后在70 ℃烘干至衡重，稱干重.

1.3.2 光合作用測定

于2016年8月10日，在每個重復中每品種隨機地選擇1株植株，測定倒3葉的葉片氣體交換.在晴朗的上午08∶00～11∶30期間用LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)(LI-COR Inc. Lincoln, Nebr.)進行測定.測定時將葉面溫度控制為25 ℃，光照強度控制為1,400 μmol m-2s-1，相對濕度控制為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行粉碎、過100目篩，樣品用于淀粉和總糖含量測定.可溶性總糖和淀粉分析參照文獻[6-7]的方法進行.

2 結果分析

2.1 不同處理對水稻各指標的影響

表1為YX與HZ的混作實驗，從表中可以看出，YX和HZ的混作處理對地上部生物量以及地下部的總糖含量影響極顯著，同時對地下部生物量和地上部淀粉含量的影響也達到了顯著水平；品種的影響在地上部生物量和地下部淀粉含量上達到了極顯著水平；品種和混作間的交互作用對地上部生物量、氣孔導度、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與川農優(yōu)華占混作處理對水稻生長指標影響的方差分析

從表2的結果顯示，YX和FY的混作處理對地上和地下部生物量以及地下部總糖含量都達到了極顯著影響；品種對胞間CO2濃度和地上部淀粉含量的影響顯著，并且對地下部生物量的影響達到了極顯著水平；混作和品種的交互作用對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混作處理對水稻生長指標影響的方差分析

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

表3 重金屬處理下川農優(yōu)華占與F優(yōu)498混作處理對水稻生長指標影響的方差分析

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，對地下部淀粉含量的影響也達到顯著水平；品種處理對地上、地下部生物量、地下部淀粉和總糖含量的影響極顯著，對地上部淀粉含量影響也達顯著水平；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、川農優(yōu)華占與F優(yōu)498三品種混作處理對水稻生長指標影響的方差分析

2.2 不同處理方式對水稻各指標影響

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在混作和單作無顯著差異；兩個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FY顯著高于YX.

表5 重金屬處理下宜香優(yōu)2115與川農優(yōu)華占混作處理對水稻生長指標的影響

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

表7結果顯示，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 重金屬處理下川農優(yōu)華占與F優(yōu)498混作處理對水稻生長指標的影響

表8結果顯示，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、川農優(yōu)華占、F優(yōu)498三品種混作處理對水稻生長指標的影響

3 討 論

不同栽培模式會對水稻生長產生影響，如影響其生長發(fā)育、產量等[8-9].不同栽培方式可以通過改變生育期、干物質積累狀況等影響稻米品質.同時栽培方式的不同也可以影響土壤的理化性質，從而改變土壤中重金屬的含量和有效性[10-11].研究結果表明，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關，即混作后光合特性并無變化，因此與對照相比生物量的降低可能是由于混作下重金屬對各品種葉綠素的合成影響加重，進而影響了地上和地下部的干物質的積累.HZ和FY混作下凈光合速率下降明顯，品種對光合速率的影響也達到了顯著水平，因此不同品種混作后其光合受到的影響是不同的.

非結構性碳水化合物即淀粉和可溶性總糖的積累可以反應植物的碳積累源庫關系[12].本研究結果中YX與HZ以及YX與FY混作后與對照相比地上和地下部淀粉含量都無顯著變化，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，這可能也是導致干物質積累下降的原因.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.另外兩個品種地下部分的淀粉含量也較對照顯著增加，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，與對照相比HZ受到的脅迫壓力都要小于YX和FY，淀粉的儲存能力也更好.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 語

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)出了更好的適應重金屬脅迫的能力.這可能是因為混作栽培下，重金屬脅迫下，單作栽培下同一品種間競爭小，而不同品種間的競爭壓力在重金屬脅迫環(huán)境中更加突出，導致了生物量積累的降低.HZ在混作下的優(yōu)勢也說明了其與其它品種相比更好的競爭優(yōu)勢和適應能力.

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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

農業(yè)部國家水稻產業(yè)技術體系項目(編號：CARS-01-76)；四川省科技廳支撐項目(編號：2017FZ0022)；綿陽師范學院校級科研平臺項目(編號：2013A07)

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

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.02-009

S-3

A