鎘離子脅迫下鈣鎂離子對(duì)水稻種子萌發(fā)期耐鎘性的影響

滕 浪， 何騰兵，， 付天嶺， 李相楹， 陳柏原， 曾慶慶， 陳貴平

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽(yáng) 550025； 2.貴州大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院， 貴陽(yáng) 550025)

水稻是我國(guó)主要的糧食作物，同時(shí)也是耐Cd性較低的糧食作物之一，其根系對(duì)Cd具有很強(qiáng)的吸收能力，然后由根系向莖、葉和籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，危害水稻生產(chǎn)。水稻各品種間器官間Cd積累量有顯著差異[1-2]，水稻各部位Cd積累量由高到低順序?yàn)椋焊?莖葉>穗軸>籽粒[3-4]。一般來(lái)說(shuō)，水稻對(duì)Cd的耐毒與解毒機(jī)制有2個(gè)基本途徑，一是外部排斥機(jī)制，即避免過(guò)量Cd被吸收進(jìn)入水稻組織細(xì)胞，或者阻礙Cd在水稻體內(nèi)的運(yùn)輸；二是內(nèi)部耐受機(jī)制，即Cd結(jié)合到細(xì)胞壁上、主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入液泡或與某有機(jī)酸和蛋白質(zhì)結(jié)合等[5]。貴州省是典型的喀斯特地區(qū)，其土壤中富含Ca與Mg元素，Ca是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，Ca對(duì)植物更重要的作用是信號(hào)分子[6]，Ca能作為第二信使，參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用、有關(guān)酶的調(diào)控等重要的生理生化過(guò)程[7-8]，而且Ca參與細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)合成，并且還能與磷脂分子聯(lián)結(jié)起來(lái)，穩(wěn)定細(xì)胞膜，對(duì)膜結(jié)合蛋白的穩(wěn)定性、參與細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)也有重要作用[9]；Mg是植物生長(zhǎng)的必需礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一[10]，在植物體內(nèi)的主要功能是穩(wěn)定大分子結(jié)構(gòu)，如核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞膜、細(xì)胞壁、維持酶活性、平衡活性氧等[11]，還參與植物葉片中蛋白質(zhì)與葉綠素的合成，其主要作用是作為輔酶因子參與光合碳的固定及其代謝[12]。喀斯特地區(qū)土壤中Cd地球化學(xué)背景值較高，在土壤中Cd、Ca與Mg存在的化學(xué)價(jià)態(tài)相同，共同競(jìng)爭(zhēng)粘土礦物、氧化物及有機(jī)質(zhì)的陽(yáng)離子吸附位點(diǎn)[13]，因此Ca、Mg理論上能與Cd形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，抑制植物對(duì)Cd的吸收，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于Cd脅迫下Ca、Mg對(duì)水稻種子萌發(fā)期發(fā)芽率及生長(zhǎng)量的研究鮮有報(bào)道，本研究采用Cd2+脅迫水稻種子，添加Ca2+、Mg2+，觀察萌發(fā)期水稻的生長(zhǎng)狀況，測(cè)定水稻種子萌發(fā)期根與芽中Cd的含量，探究Ca2+、Mg2+對(duì)Cd2+吸收的影響，以期為提高水稻種子在萌發(fā)期對(duì)Cd的耐受性，緩解Cd對(duì)水稻種子萌發(fā)的毒害作用尤為重要。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料Q優(yōu)6號(hào)，為感溫型三系雜交水稻品種，主要種植區(qū)域?yàn)槲髂系貐^(qū)以及長(zhǎng)江流域。

1.2 試驗(yàn)方法

設(shè)置Cd2+濃度為0、1、2 mg·kg-1，Ca2+濃度為0.5、1、2 g·kg-1，Mg2+濃度為0.5、1、2 g·kg-1單獨(dú)處理，Cd2+與Ca2+交叉處理與Cd2+與Mg2+交叉處理，共計(jì)9個(gè)單獨(dú)處理與12個(gè)組合處理，Cd2+以CdCl2的形式加入，Ca2+以CaCl2的形式加入，Mg2+以MgCl2的形式加入。取飽滿的水稻種子，用10% H2O2(GR)溶液浸泡30 min后用超純水沖洗5次，用濾紙將種子水分吸干后擺放在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿擺放50粒，每個(gè)處理3次重復(fù)，放在恒溫恒濕培養(yǎng)箱發(fā)芽，光照周期為光照12 h/黑暗12 h，溫度設(shè)置25 ℃，濕度為60%，每隔1 d各處理加入溶液的量同表1，每12 h記錄1次水稻發(fā)芽數(shù)量，發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)以露白為計(jì)，第5天水稻長(zhǎng)勢(shì)2 cm左右時(shí)，取下培養(yǎng)皿蓋，取蓋后每12 h加1次處理液，觀察水稻根、芽生長(zhǎng)變化，等待水稻芽不再生長(zhǎng)時(shí)停止培養(yǎng)，共計(jì)培養(yǎng)9 d后取樣。各處理在文中簡(jiǎn)稱：CdCl2=1 mg·L-1(1 Cd)、CdCl2=2 mg·L-1(2 Cd)、CaCl2=0.5 g·L-1(1 Ca)、CaCl2=1 g·L-1(2 Ca)、CaCl2=2 g·L-1(3 Ca)、MgCl2=0.5g·L-1(1 Mg)、MgCl2=1 g·L-1(2 Mg)、MgCl2=2 g·L-1(3 Mg)，交叉處理以此類推為1 Cd+1 Ca、1 Cd+2 Ca、1 Cd+3 Ca、2 Cd+1 Ca、2 Cd+2 Ca、2 Cd+3 Ca、1 Cd+1 Mg、1 Ca+2 Mg、1 Cd+3 Mg、2 Cd+1 Mg、2 Cd+2 Mg、2 Cd+3 Mg。

1.3 樣品采集與分析

收獲水稻萌發(fā)期樣品，首先，將水稻根系用0.02 mol·L-1的Na2Fe·EDTA溶液浸泡15 min，除去表面Cd2+，用超純水沖洗水稻根、芽樣品3次，吸干水分，然后，將水稻根、芽分開，統(tǒng)計(jì)水稻根的數(shù)量，用游標(biāo)卡尺測(cè)定水稻萌發(fā)期主根、芽的長(zhǎng)度，稱取鮮重。

表1 不同處理對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響

處理發(fā)芽率/%發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)ck0.84±0.01abcde4.62±0.08abcde21.58±0.04bcde1Cd0.77±0.02ef4.24±0.12ef20.91±0.25de2Cd0.71±0.01f3.91±0.04f20.77±0.32de1Ca0.91±0.01a5.01±0.04a25.36±0.46abc2Ca0.89±0.01ab4.90±0.04ab21.82±0.92abcde3Ca0.88±0.01abc4.84±0.08abc20.68±0.17de1Mg0.83±0.02bcde4.57±0.12bcde19.93±1.61e2Mg0.84±0.01abcde4.62±0.08abcde21.76±0.16abcde3Mg0.87±0.02abcd4.79±0.12abcd25.68±0.28ab1Cd+1Ca0.80±0.03de4.40±0.16de22.77±1.41abcde1Cd+2Ca0.81±0.01cde4.46±0.04cde21.17±0.98cde1Cd+3Ca0.88±0.01abc4.84±0.08abc23.50±1.08abcde1Cd+1Mg0.89±0.02ab4.90±0.12ab24.34±0.40abcde1Cd+2Mg0.86±0.00abcd4.73±0.00abcd21.05±1.94cde1Cd+3Mg0.85±0.01abcd4.68±0.04abcd24.97±0.17abcd2Cd+1Ca0.87±0.01abcd4.79±0.04abcd26.03±0.33a2Cd+2Ca0.87±0.01abcd4.79±0.04abcd25.84±0.47ab2Cd+3Ca0.87±0.02abcd4.79±0.12abcd23.31±0.15abcde2Cd+1Mg0.86±0.01abcd4.73±0.08abcd20.55±1.59de2Cd+2Mg0.85±0.02abcd4.68±0.12abcd24.02±1.38abcde2Cd+3Mg0.89±0.01ab4.90±0.04ab25.36±0.27abc

注：不同小寫字母表示同一指標(biāo)不同處理間p<0.05水平下顯著性差異。下同。

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

發(fā)芽指數(shù)=發(fā)芽率×天數(shù)；

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×芽長(zhǎng)；

轉(zhuǎn)移系數(shù)(%)=(芽Cd含量/根Cd含量)×100%。

根、芽中Cd的含量：用HNO3-H2O2消解，原子吸收分光光度計(jì)(ICE-3500)測(cè)定，每個(gè)樣品3個(gè)重復(fù)，同時(shí)用芹菜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW 10048)做質(zhì)量控制，試驗(yàn)過(guò)程中均使用優(yōu)級(jí)純藥品與超純水。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd2+脅迫下Ca2+、Mg2+對(duì)水稻發(fā)芽率的影響

由表1可知，與ck相比，外緣添加Ca2+能夠促進(jìn)水稻種子發(fā)芽率，由大到小順序?yàn)? Ca>2 Ca>3 Ca，分別提高8.33%、5.95%、4.76%，說(shuō)明水稻發(fā)芽率與Ca2+濃度成反比；Mg2+對(duì)水稻發(fā)芽率的影響為3 Mg>2 Mg>1 Mg，3 Mg與ck相比增加3.57%，說(shuō)明水稻發(fā)芽率與Mg2+濃度成正比；Cd2+脅迫都抑制水稻種子萌發(fā)，強(qiáng)弱順序?yàn)? Cd>1 Cd，發(fā)式率分別降低15.48%、8.33%，由此可以得出水稻種子發(fā)芽率與Cd2+濃度成反比。向1 Cd脅迫中添加不同濃度Ca2+能夠增加種子發(fā)芽率，強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Ca>1 Cd+2 Ca>1 Cd+1 Ca，分別提高14.29%、5.19%、3.90%；向1 Cd中添加不同濃度Mg2+能夠增加種子發(fā)芽率，強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+1 Mg>1 Cd+2 Mg>1 Cd+3 Mg，分別提高15.58%、11.69%、10.39%。向2 Cd脅迫中添加Ca2+也能夠緩減水稻Cd2+的毒害作用，增加水稻發(fā)芽率，發(fā)芽率均提高22.53%，2 Cd中添加Mg2+處理水稻發(fā)芽率強(qiáng)弱順序?yàn)? Cd+3 Mg>2 Cd+1 Mg>2 Cd+2 Mg，分別提高25.35%、21.13%、19.72%，由此可以得出Ca2+、Mg2+均能在不同程度上緩解水稻受到Cd2+的脅迫，促進(jìn)水稻發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)。與ck相比Cd2+脅迫能夠抑制水稻活力指數(shù)，抑制強(qiáng)弱順序?yàn)? Cd>1 Cd，其值為3.75%、3.10%，向Cd2+處理中添加Ca2+、Mg2+，能夠增加活力指數(shù)，減少Cd2+對(duì)水稻種子的脅迫作用?？傮w可以得出，Cd2+脅迫能夠降低水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，添加Ca2+、Mg2+能夠不同程度的緩解Cd2+的毒害作用，增加水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)。

2.2 Cd2+脅迫下Ca2+、Mg2+對(duì)水稻種子萌發(fā)期生長(zhǎng)量的影響

2.2.1Cd2+脅迫下Ca2+、Mg2+對(duì)水稻種子萌發(fā)期質(zhì)量的影響

由圖1可知，Cd2+脅迫下水稻生物量隨著濃度的增加逐漸降低，單獨(dú)Ca2+處理，水稻生物量強(qiáng)弱關(guān)系為1 Ca>2 Ca>ck>3 Ca，由此可知，低濃度Ca2+處理能夠促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，高濃度Ca2+對(duì)水稻產(chǎn)生毒害作用，抑制水稻生長(zhǎng)。向1 Cd脅迫下添加Ca2+處理水稻生物量強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Ca>1 Cd+2 Ca>1 Cd+1 Ca，1 Cd+3 Ca與1 Cd相比水稻生物量增加9.16%，1 Cd+2 Ca、1 Cd+1 Ca與1 Cd相比水稻生物量抑制15.74%、16.33%，水稻根鮮重>芽鮮重；向2 Cd脅迫下添加Ca2+處理水稻生物量強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+1 Ca>2 Cd+2 Ca>2 Cd+3 Ca，與2 Cd相比水稻生物量分別增加36.28%、33.88%、2.94%，水稻根鮮重<芽鮮重。由此可知，Ca2+對(duì)Cd2+脅迫下水稻的解毒功能隨著Cd2+濃度的增加效果越來(lái)越明顯。

由圖2可知，單獨(dú)Mg2+處理水稻生長(zhǎng)量的強(qiáng)弱關(guān)系為ck>3 Mg>1 Mg>2 Mg，水稻生物量均受到抑制。向1 Cd脅迫下添加Mg2+處理水稻生物量強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Mg>1 Cd+1 Mg>1 Cd+2 Mg，與1 Cd相比水稻生物量分別增加11.01%、10.39%、0.12%，根鮮重>芽鮮重；向2 Cd脅迫下添加Mg2+處理水稻生物量強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+3 Mg>2 Cd+2 Mg>2 Cd+1 Mg，與2 Cd相比水稻生物量分別增加19.68%、14.35%、3.99%，2 Cd+2 Mg與2 Cd+1 Mg處理，根生物量>芽生物量，2 Cd+3 Mg處理時(shí)，根生物量<芽生物量，且Cd2+與Mg2+共同處理時(shí)水稻生物量均比Cd2+、Mg2+單獨(dú)處理大，由此可知Cd2+與Mg2+共同處理能夠緩解水稻Cd2+、Mg2+脅迫。

圖1 Cd2+脅迫下不同Ca2+濃度對(duì)水稻種子生物量的影響

圖2 Cd2+脅迫下不同Mg2+濃度對(duì)水稻生物量的影響

2.2.2Cd2+脅迫下Ca2+、Mg2+對(duì)水稻種子萌發(fā)期根芽生長(zhǎng)的影響

由圖3可知，Cd2+脅迫處理與ck相比水稻根生長(zhǎng)受到抑制，芽生長(zhǎng)量受到促進(jìn)，強(qiáng)弱關(guān)系均表現(xiàn)為2 Cd>1 Cd，根系分別抑制20.47%、8.39%，芽分別促進(jìn)13.92%、5.78%，由此可以得出，Cd對(duì)水稻芽期生長(zhǎng)的影響主要是根部的生長(zhǎng)。Ca2+處理水稻根芽生長(zhǎng)強(qiáng)弱關(guān)系為1 Ca>2 Ca>3 Ca，由此可以得出低Ca2+濃度能夠促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，向1 Cd脅迫處理添加不同濃度Ca2+，水稻根芽生長(zhǎng)強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+1 Ca>1 Cd+3 Ca>1 Cd+2 Ca，與單獨(dú)加Cd2+、Ca2+處理水稻根生長(zhǎng)無(wú)顯著差異，芽生長(zhǎng)有顯著差異，其中1 Cd+1 Ca與1 Cd相比水稻芽生長(zhǎng)增加4.86%，1 Cd+1 Ca與1 Ca相比水稻芽生長(zhǎng)增加2.17%。向2 Cd脅迫中添加Ca2+處理，2 Cd+1 Ca、2 Cd+3 Ca與2 Cd相比根生長(zhǎng)均呈現(xiàn)顯著抑制，強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+3 Ca>2 Cd+1 Ca，分別抑制22.78%、19.20%，2 Cd+1 Ca、2 Cd+2 Ca與2 Cd相比芽生長(zhǎng)呈現(xiàn)顯著促進(jìn)，強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+1 Ca>2 Cd+2 Ca，分別促進(jìn)2.26%、1.50%，由此可以得出Ca2+能夠在一定程度上緩解Cd2+脅迫，促進(jìn)水稻根芽的生長(zhǎng)。

由圖4可知，ck、1 Cd及2 Cd水稻生長(zhǎng)長(zhǎng)度關(guān)系為根長(zhǎng)>芽長(zhǎng)，添加Mg2+與Cd2++Mg2+共同處理水稻芽長(zhǎng)>根長(zhǎng)，由此可知添加Mg2+能夠促進(jìn)水稻芽的生長(zhǎng)。外援添加Cd2+、Mg2+與ck相比均顯著抑制水稻根生長(zhǎng)，Cd2+抑制強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd>1 Cd，Mg2+抑制強(qiáng)弱關(guān)系為2 Mg>1 Mg>3 Mg，水稻整體生長(zhǎng)長(zhǎng)度ck>1 Cd>3 Mg>2 Cd>1 Mg>2 Mg，由此可以得出外源添加Cd2+、Mg2+均降低了水稻的生長(zhǎng)長(zhǎng)度。1 Cd處理中添加不同濃度Mg2+，與對(duì)應(yīng)Mg2+處理相比均促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)，1 Cd+2 Mg與2 Mg對(duì)應(yīng)增長(zhǎng)量最大，增長(zhǎng)了21.51%，1 Cd+3 Mg與3 Mg對(duì)應(yīng)增長(zhǎng)量最小，增長(zhǎng)了5.46%，1 Cd與Mg2+共同處理根芽生長(zhǎng)長(zhǎng)度均呈現(xiàn)1 Cd+3 Mg>1 Cd+1 Mg>1 Cd+2 Mg，由此可以得出，1 Cd、Mg2+共同處理水稻根芽生長(zhǎng)長(zhǎng)度比Mg2+單獨(dú)處理大，向2 Cd中添加Mg2+處理，2 Cd+1 Mg、2 Cd+2 Mg與對(duì)應(yīng)1 Mg、2 Mg相比水稻根芽生長(zhǎng)長(zhǎng)度分別增加2.36%、24.79%，2 Cd+3 Mg對(duì)應(yīng)3 Mg處理水稻根芽生長(zhǎng)長(zhǎng)度減少了8.70%。由此可以得出，水稻根芽生長(zhǎng)受Mg2+濃度的影響較大。

2.3 Ca2+、Mg2+對(duì)種子萌發(fā)期根芽Cd吸收的影響

2.3.1Ca2+、Mg2+對(duì)種子萌發(fā)期根系Cd吸收的影響

由圖5可知，ck處理，水稻根中Cd的含量為0.1 mg·kg-1，說(shuō)明種子中有少量Cd。水稻根系對(duì)Cd的吸收2 Cd>1 Cd，其中1 Cd根系吸收量是2 Cd的72.05%，向1 Cd處理中添加不同濃度Ca2+處理，1 Cd+3 Ca、1 Cd+2 Ca顯著降低了水稻根系對(duì)Cd的吸收，抑制強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Ca>1 Cd+2 Ca，分別抑制25.40%、3.07%，1 Cd+1 Ca處理促進(jìn)水稻根系對(duì)Cd的吸收，促進(jìn)比例為22.23%，向2 Cd處理中添加不同濃度Ca2+處理均能顯著降低水稻根系對(duì)Cd的吸收，抑制強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+3 Ca>2 Cd+2 Ca>2 Cd+1 Ca，分別抑制31.50%、17.96%、1.94%，由此可以得出，Ca2+對(duì)水稻根系Cd的吸收隨著Ca2+濃度的增加而逐漸降低。

圖5 Cd2+脅迫下不同Ca2+、Mg2+濃度處理對(duì)水稻根系Cd吸收的影響

圖6 Cd2+脅迫下不同Ca2+、Mg2+濃度處理對(duì)水稻芽吸收Cd的影響

圖4 Cd2+脅迫下Mg2+對(duì)水稻種子萌發(fā)期根芽生長(zhǎng)的影響

由圖5可知，向1 Cd處理添加不同濃度Mg2+，1 Cd+3 Mg、1 Cd+2 Mg顯著降低水稻根系對(duì)Cd的吸收，抑制強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Mg>1 Cd+2 Mg，分別抑制33.49%、10.14%，1 Cd+1 Ca處理促進(jìn)水稻根系對(duì)Cd的吸收，促進(jìn)比例為14.88%，向2 Cd處理中添加不同濃度Mg2+，均能顯著抑制水稻根系對(duì)Cd的吸收，抑制強(qiáng)弱為2 Cd+3 Mg>2 Cd+2 Mg>2 Cd+1 Mg，分別抑制42.49%、20.84%、13.67%，由此可以得出，Mg2+對(duì)水稻根系Cd的吸收隨著Mg2+濃度的增加而逐漸降低。

2.3.2Ca2+、Mg2+對(duì)種子萌發(fā)期芽Cd吸收的影響

由圖6可知，水稻芽中Cd含量2 Cd>1 Cd，1 Cd處理水稻芽對(duì)Cd的吸收量為2 Cd的74.64%。向1 Cd、2 Cd處理中添加Ca2+均能夠顯著降低水稻芽對(duì)Cd的吸收，其中1 Cd脅迫添加Ca2+處理抑制強(qiáng)弱為1 Cd+3 Ca>1 Cd+2 Ca>1 Cd+1 Ca，分別抑制62.82%、43.27%、31.09%，其中2 Cd脅迫添加Ca2+處理抑制強(qiáng)弱為2 Cd+3 Ca>2 Cd+2 Ca>2 Cd+1 Ca，分別抑制63.64%、55.98%、49.04%。由此可知，向Cd脅迫處理中添加Ca2+能夠抑制水稻根系Cd向芽中轉(zhuǎn)移。

圖7 Cd2+脅迫下Ca2+、Mg2+對(duì)水稻根芽中Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

表2 不同處理水稻種子萌發(fā)期主要生物學(xué)性狀的相關(guān)系數(shù)

性狀發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)根長(zhǎng)芽長(zhǎng)根鮮重芽鮮重根Cd芽Cd發(fā)芽率1.000發(fā)芽指數(shù)1.000**1.000根長(zhǎng)-0.172-0.1741.000芽長(zhǎng)-0.140-0.1350.1671.000根鮮重0.461*0.461*0.2100.1431.000芽鮮重0.3470.353-0.0070.626**0.3851.000根Cd -0.359-0.356-0.0130.4260.1990.2491.000芽Cd -0.540*-0.537*0.0320.3570.1370.1220.915**1.000

注：“**”表示在0.01水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)；“*”表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

由圖6可知，ck處理中水稻芽的Cd含量為0.09 mg·kg-1，說(shuō)明水稻種子中含有Cd。向Cd2+脅迫處理中添加Mg2+均能夠顯著抑制水稻根系Cd向芽轉(zhuǎn)移，其中1 Cd脅迫中添加不同濃度Mg2+處理，抑制水稻根系Cd向芽中轉(zhuǎn)移強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Mg>1 Cd+2 Mg>1 Cd+1 Mg，分別抑制51.28%、40.71%、32.37%；2 Cd脅迫中添加不同濃度Mg2+處理抑制強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+3 Mg>2 Cd+2 Mg>2 Cd+1 Mg，分別抑制45.69%、36.84%、24.40%。由此可知，向Cd脅迫處理中添加Mg2+能夠降低Cd由根系向芽中轉(zhuǎn)移。

2.4 Cd2+脅迫下Ca2+、Mg2+對(duì)種子萌發(fā)期根芽中Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

由圖7可知，1 Cd與2 Cd處理水稻根芽Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大分別為29%、28%，向Cd2+脅迫處理中添加Ca2+、Mg2+后，水稻根芽Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)均有所降低，降低幅度Ca2+>Mg2+。1 Cd脅迫下添加Ca2+，水稻根芽中Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+2 Ca>1 Cd+1 Ca>1 Cd+3 Ca，與1 Cd相比Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)分別降低41.38%、44.83%、51.72%；2 Cd脅迫下添加Ca2+，Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)均為15%，與2 Cd相比轉(zhuǎn)移系數(shù)均降低46.43%。1 Cd脅迫下添加Mg2+，Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)強(qiáng)弱關(guān)系為1 Cd+3 Mg>1 Cd+2 Mg>1 Cd+1 Mg，與1 Cd脅迫相比轉(zhuǎn)移系數(shù)分別降低27.59%、34.48%、41.38%；2 Cd脅迫下添加Mg2+，Cd的轉(zhuǎn)移系數(shù)強(qiáng)弱關(guān)系為2 Cd+3 Mg>2 Cd+1 Mg>2 Cd+2 Mg，與2 Cd相比轉(zhuǎn)移系數(shù)分別降低7.14%、10.71%、21.43%。由此可知，Ca2+、Mg2+能夠強(qiáng)化水稻根芽組織，從而降低Cd從水稻根部向芽中轉(zhuǎn)移。

2.5 種子萌發(fā)期根芽生長(zhǎng)量與根芽中Cd含量相關(guān)性及主成分分析

由表2可知，發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)成極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為1，與根鮮重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.461，與芽Cd含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.540；發(fā)芽指數(shù)與根鮮重呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.461；與芽Cd含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.537；芽長(zhǎng)與芽鮮重呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.626；根與芽呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.915，由此可知，Cd2+脅迫會(huì)影響水稻種子發(fā)芽率、生物量與根芽的生長(zhǎng)，從而影響水稻中Cd由根系向芽轉(zhuǎn)移。

由圖8可知，第1組成分2個(gè)主要因子為根Cd、芽Cd含量，負(fù)荷均在0.9以上，且趨于正向分布，說(shuō)明負(fù)荷指數(shù)越大，根芽中Cd含量對(duì)水稻種子萌發(fā)期的影響越嚴(yán)重；第2組分主要是發(fā)芽率、根鮮重、芽鮮重，負(fù)荷均在0.7以上，且趨于正向分布，說(shuō)明負(fù)荷指數(shù)越大，發(fā)芽率、根鮮重與芽鮮重對(duì)水稻種子萌發(fā)期的生長(zhǎng)影響越大；第3組分主要是根的數(shù)量與根長(zhǎng)，負(fù)荷指數(shù)在0.7以上，且趨于正向分布，說(shuō)明水稻種子萌發(fā)期根的數(shù)量會(huì)影響水稻生長(zhǎng)。由此可知，水稻種子萌發(fā)期發(fā)芽率及根芽的生長(zhǎng)主要受到處理Cd2+的影響。

圖8 不同處理水稻種子萌發(fā)期各指標(biāo)的成分圖

3 討 論

種子萌發(fā)是植物生命的開始，其生長(zhǎng)狀況直接影響作物產(chǎn)量與生物量，然而發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)是衡量種子發(fā)芽能力的重要參數(shù)，活力指數(shù)、根數(shù)及根芽生長(zhǎng)量是反映農(nóng)作物種子品質(zhì)的重要參數(shù)[14]。本研究結(jié)果顯示，1 Cd與2 Cd處理水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均受到顯著抑制作用，與孫亞莉[15]、何俊瑜[16]等研究結(jié)果一致，說(shuō)明Cd2+脅迫對(duì)水稻細(xì)胞組織具有毒害作用，影響水稻發(fā)芽。陳杰研究表明，低濃度Cd促進(jìn)水稻種子萌發(fā)、水稻根芽生長(zhǎng)，隨著Cd2+濃度的增加，水稻發(fā)芽率、根系生長(zhǎng)受到抑制[17]，與本研究結(jié)果稍有差異，可能是由于本研究Cd2+濃度較高所致，也可能是水稻品種不一樣，耐Cd程度不同所致。Ca、Mg是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的必須微量元素，主要參與植物細(xì)胞壁、液泡與細(xì)胞膜的生長(zhǎng)合成與信號(hào)傳導(dǎo)[11,18]，Mg還參與植物光合作用[12]。本研究結(jié)果顯示，隨著Ca2+濃度的增加，水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及根芽的生物量先增加后降低，與陳瑩[19]、魏曉梅[20]等研究結(jié)果一致，隨著Ca2+濃度增加種子的發(fā)芽率逐漸降低，與ck相比1 Ca與2 Ca處理水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及根芽生物量均比ck高，說(shuō)明在低Ca2+處理中，Ca2+刺激水稻種子萌發(fā)，Ca2+參與根芽細(xì)胞組織合成，因而促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，當(dāng)Ca2+濃度過(guò)高時(shí)，產(chǎn)生鹽中毒，抑制水稻根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致無(wú)法吸收養(yǎng)分，從而降低水稻根芽的生物量[21]；隨著Mg2+離子濃度增加，水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著增加。袁馳等研究表明，低濃度鹽對(duì)水稻種子萌發(fā)及生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，隨著濃度的增加百喜草發(fā)芽率降低，長(zhǎng)勢(shì)受到抑制[22]，與本研究結(jié)果稍有差異，可能是由于本身研究物種差異較大，耐Mg2+程度不一致，也可能是本研究Mg2+處理濃度較低，并不會(huì)對(duì)水稻種子產(chǎn)生鹽脅迫作用。

根系是植物吸收養(yǎng)分與水分的主要器官，也是感受土壤逆環(huán)境脅迫的第一感知部位，其主要響應(yīng)反映在植物根系與作物生長(zhǎng)量[23]。本研究結(jié)果表明，隨著Cd2+濃度的增加，水稻根芽生長(zhǎng)量降低，與孫亞莉[15]研究結(jié)果一致，可能是隨著Cd2+濃度的增加，水稻根尖細(xì)胞遭到破壞，影響水稻生理代謝，從而影響對(duì)養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。向1 Cd脅迫處理中添加不同濃度Ca2+、Mg2+，均發(fā)現(xiàn)1 Cd+1 Ca、1 Cd+1 Mg水稻根系中Cd的含量均有所上升，與Vitoria A P等[24]研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)榈蜐舛菴d脅迫對(duì)植物根尖組織沒(méi)有造成毒害，反而刺激水稻側(cè)根及根系微毛生長(zhǎng)，促進(jìn)根系對(duì)Ca2+、Cd2+的吸收，使得Cd含量較高。水稻根系與芽中Cd含量隨著Ca2+、Mg2+的增加而顯著降低，與陳璐[25]、杜文琪[26]研究水稻幼苗期Ca2+、Mg2+離子對(duì)水稻降鎘吸收變化趨勢(shì)一致 ，可能是因?yàn)镃a2+、Mg2+與Cd2+競(jìng)爭(zhēng)離子通道或膜表面離子配位體，降低Cd2+的吸收[27]，也可能是因?yàn)镃a2+、Mg2+被吸收后，增強(qiáng)了水稻根芽細(xì)胞壁的合成，阻斷Cd的吸收[28-29]，也可能是Ca2+、Mg2+強(qiáng)化水稻根系液泡生長(zhǎng)，把吸收的Cd儲(chǔ)存在液泡中，降低Cd向芽中轉(zhuǎn)移能力。因此Ca2+、Mg2+能夠抑制水稻芽期根對(duì)Cd2+吸收，從而降低Cd向芽中轉(zhuǎn)移。

4 結(jié) 論

1) Cd2+脅迫下，會(huì)抑制水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，降低水稻根芽的生物量與生長(zhǎng)量。

2) Cd2+脅迫中添加Ca2+、Mg2+會(huì)增加水稻發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，對(duì)水稻根芽生物量與生長(zhǎng)量影響無(wú)明顯規(guī)律。

3) Cd2+脅迫處理添加Ca2+、Mg2+，均能夠減少水稻種子萌發(fā)期根芽中Cd的含量。

4) Cd2+脅迫處理添加Ca2+、Mg2+，能夠降低水稻根系中Cd向芽中轉(zhuǎn)移。