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汞脅迫對7個(gè)水稻品種花粉活力與結(jié)實(shí)率的影響

2018-12-12 09:21趙夏夏李尚錕林堪德王旭明胡燕郭文燕黃永相李偉郭建夫
熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年8期
關(guān)鍵詞:結(jié)實(shí)率水稻

趙夏夏 李尚錕 林堪德 王旭明 胡燕 郭文燕 黃永相 李偉 郭建夫

摘要 選取蘇香粳2號、蘇粳8、楚粳香1號、中秈2503、粳秈89、廣協(xié)1號和Dular7個(gè)水稻品種作為實(shí)驗(yàn)材料,設(shè)置4個(gè)汞濃度梯度處理,分別為0、0.1、0.3、0.8mmol/L,采用盆栽水培的方法培育至成熟期,研究汞脅迫對7個(gè)水稻品種花粉活力與結(jié)實(shí)的影響。結(jié)果表明:穗分化期間水稻花粉活力和花粉育性受低汞脅迫傷害較小,而高汞毒害造成水稻花粉母細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性遭受破壞,導(dǎo)致花粉活力受到抑制。不同品種的花粉活力和育性對汞毒脅迫的響應(yīng)受花藥結(jié)構(gòu)和生理共同調(diào)節(jié)作用。汞脅迫下花粉活力、花粉育性和結(jié)實(shí)率存在品種上的差異。在理論研究上中,秈2503、蘇粳8可作為水稻花粉發(fā)育研究的參試材料;生產(chǎn)實(shí)踐中,花粉活力、花粉育性和結(jié)實(shí)率可作為水稻品種選育和汞脅迫程度預(yù)測的可靠指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 水稻;汞脅迫;花粉活力;花粉育性;結(jié)實(shí)率

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

汞,同鎘、鉛一樣,是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬之一,同其他重金屬相比危害性更大,嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康[1-2]。目前,我國的汞消耗量占全球比例約50%以上,而且《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》結(jié)果顯示,土壤無機(jī)型的污染物占主要比例,其中汞點(diǎn)位的超標(biāo)率達(dá)到1.6%,這對我國農(nóng)作物生長及食品安全帶來嚴(yán)重威脅[3-4]。

有研究表明,土壤汞污染對水稻具有雙重的影響,汞主要在水稻植株的根中大量富集[5],在汞濃度較低的情況下,會對水稻的生長起到促進(jìn)的作用,而在高濃度脅迫下,根冠比隨著汞濃度的增加而降低,根系養(yǎng)分的傳輸受阻,最終影響到地上部的生長,從而導(dǎo)致水稻植株矮小,最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低[6]。此外,隨著土壤汞富集量的增加,汞脅迫對水稻生長的抑制明顯加強(qiáng),生育期短的水稻受害較為明顯。鄒繼穎發(fā)現(xiàn),汞的處理濃度越大,其對水稻的生長影響越大;生育嵌短的水稻,受汞影響越大0在汞脅迫處理下,水稻葉綠素含量降低,光合作用受阻,最終導(dǎo)致干物質(zhì)積累減少,從而使得籽粒的千粒重降低,產(chǎn)量降低[8]。有研究也發(fā)現(xiàn),汞脅迫濃度為36.5mg/L處理下,水稻植株明顯受到抑制,生長矮小,水稻葉片枯黃,秕谷率近50%,產(chǎn)量僅為對照的3.3%[9-10]。目前關(guān)于高溫脅迫、鹽脅迫水稻對花粉活力與結(jié)實(shí)率這方面的研究[11-13]較多,而汞脅迫下水稻花粉活力對結(jié)實(shí)率的影響鮮有報(bào)道。因此,本研究通過研究汞脅迫對不同水稻品種花粉活力和萌發(fā)率的影響,為耐汞生理機(jī)理和汞污染土壤修復(fù)研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料:蘇香粳2號,蘇粳8,楚粳香1號,中釉2503,粳秈89,Dular,廣協(xié)1號,均由廣東海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 水稻幼苗的培養(yǎng)

2017年3月13日,參照李春龍[14]的方法,先將水稻種子用鹽水進(jìn)行浮選,去除不實(shí)籽粒,人工精選粒大、均勻飽滿的種子200籽粒。先用蒸餾水浸泡5min后,用10%的H2O2浸泡20min后,用去離子水沖洗干凈并均勻平鋪于無菌培養(yǎng)皿中,放置30 0C種子培養(yǎng)箱下催芽48h,期間換水6次,并保持培養(yǎng)皿濕潤,待種子露白后種植于廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻實(shí)驗(yàn)田中進(jìn)行幼苗培育。

1.2.2 汞脅迫處理

2017年3月25日,在廣東海洋大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場培育的秧苗中,選取長勢均勻的3葉1心期參試品種的秧苗移栽到盛裝有沙土的培養(yǎng)箱(內(nèi)徑52.5×14.7×32)中,每箱中種植24株。

2017年4月13日待水稻長至五葉期左右進(jìn)行汞脅迫處理,汞處理濃度為分別含0.1、0.3、0.8mmol/L的Hgcl2的Yoshida溶液,對照為不含汞的純Yoshida溶液。每品種每處理3次重復(fù)。每桶保持2cm水層,每桶插入相同刻度的標(biāo)尺測定其水位,根據(jù)缺水情況,每桶補(bǔ)水至相同刻度。生長期間早晚觀察水稻的生長狀況,每天拍照記錄。

隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。2017年6月20日汞脅迫35d后至水稻抽穗揚(yáng)花期,進(jìn)行花粉育性、花粉活力的測定。2017年7月18日繼續(xù)培養(yǎng)至水稻蠟熟期,收獲后測定結(jié)實(shí)率、粒重和千粒重,3個(gè)指標(biāo)測定重復(fù)10次。

1.2.3 測定方法

參照張桂蓮、張彬的方法[15-16]對水稻花粉活力進(jìn)行測定。水稻花粉育性的測定參照羅麗華的方法[17]。結(jié)實(shí)率、單株粒重、抽穗日數(shù)的測定參照邵文奇、馬樹慶和于淑婷的方法[18-20]進(jìn)行。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,在MicrosoftOffice Excel 2007電子表格中作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同汞濃度對水稻花粉活力的影響

隨著汞脅迫濃度的增加,中釉2503的花粉活力明顯上升,較其他6份材料,花粉活力較高;而在相同的汞脅迫條件下,蘇香粳2號的花粉活力顯著降低,花粉活力受到抑制,蘇粳8、楚粳香1號、廣協(xié)1號花粉活力受汞脅迫影響的程度較小。0.8mmol/L濃度的汞處理后,蘇香粳2號、Dular4t粉活力下降最大,減幅達(dá)到40.0%、26.1%,花粉活力受到明顯抑制,而中釉2503花粉活力顯著升高,增幅達(dá)到67.3%。見表1。

2.2 不同汞濃度對水稻花粉育性的影響

汞脅迫對不水稻品種花粉育性的影響存在明顯的差異。汞脅迫濃度的增加,對蘇粳8、楚粳香1號、中釉2503、廣協(xié)1號、Dular的花粉可育率顯著增加,對其育性有明顯的促進(jìn)作用,而蘇香粳2號、粳秈89受影響不大。0.3%汞濃度處理下Dular、蘇粳8、中釉2503花粉可育率顯著高于對照,增幅分別達(dá)到32.87%、17.75%、14.19%,而粳秈89的花粉可育率降低,花粉育性受到抑制,可能是0.3%汞脅迫刺激Dular、蘇粳8、中釉2503這3個(gè)品種,對花粉育性有促進(jìn)作用。0.8mmol/L汞脅迫下,蘇粳8花粉可育率,較對照顯著增高,增幅達(dá)到18.91%,楚粳香1號、中釉2503、Dular花粉可育率增幅降低,而粳秈89花粉可育率減幅降低,蘇香粳2號、廣協(xié)1號花粉育性受影響較小。見表2。2.3不同汞濃度對水稻抽穗日數(shù)的影響

隨著汞脅迫濃度增大,7個(gè)水稻品種抽穗日數(shù)變化不大,而不同品種間抽穗日數(shù)呈顯著差異。其中抽穗日數(shù)長短排序:蘇粳8<楚粳香1號<中釉2503

2.4 不同汞濃度對水稻結(jié)實(shí)率的影響

汞脅迫處理提高了楚粳香1號、中釉2503、粳秈89、廣協(xié)1號的結(jié)實(shí)率。隨汞處理濃度的增加,這4個(gè)品種的結(jié)實(shí)率呈逐漸升高的趨勢,在0.8mmol/L濃度,結(jié)實(shí)率增加到最大,增幅達(dá)到68.8%、26.5%、26.4%、14.0%,但Dular、蘇粳8、蘇香粳2號的結(jié)實(shí)率受汞脅迫傷害的影響較小,均保持較高的結(jié)實(shí)率。說明汞脅迫促進(jìn)楚粳香1號、中釉2503、粳秈89、廣協(xié)1號結(jié)實(shí)率的增加,卻對Dular、蘇粳8、蘇香粳2號的影響不大。見表4。

2.5 不同汞濃度對水稻單株粒重的影響

隨著汞脅迫濃度增加,單株粒重呈先升后降的趨勢,汞脅迫濃度0.1~0.3mmol/L下,7個(gè)水稻品種單株粒重達(dá)到峰值。同一汞脅迫水平下,粳秈89、廣協(xié)1號、中釉2503的單株粒重增幅較明顯,而在0.8mmol/L脅迫下蘇粳8、Dular的單株粒重降低。見表5。

3 討論

汞是一種極毒的重金屬元素,其毒性位于各金屬之首[21]。植物體內(nèi)汞離子的積累造成DNA損傷,其結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞[22]。試驗(yàn)結(jié)果表明,穗分化期間水稻花粉活力和花粉育性受低汞脅迫傷害較小,高汞毒害造成水稻花粉母細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性遭受破壞,導(dǎo)致花粉活力受到抑制,但對抽穗日數(shù)的影響不大;同時(shí)汞脅迫對花粉活力的影響存在品種間的差異,對中釉2503具有促進(jìn)作用,其耐汞能力較強(qiáng),花粉細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性較好,保持正常的生長發(fā)育,而蘇香粳2號、Dular明顯受到抑制,其他3個(gè)品種受影響較小,也說明不同品種的花粉活力和育性對汞毒脅迫的響應(yīng)受花藥結(jié)構(gòu)和生理共同調(diào)節(jié)作用。汞脅迫可以增加水稻花粉活力及育性,并提高結(jié)實(shí)率,而甲基汞在水稻體內(nèi)富集程度的加劇抑制水稻花粉萌發(fā)能力,從而引起育性下降,造成籽粒結(jié)實(shí)率降低。因此,花粉活力與育性可以作為汞脅迫對水稻結(jié)實(shí)影響程度的參考指標(biāo),這與趙雷等人的研究結(jié)論相近[25]。

考種研究發(fā)現(xiàn),汞處理對水稻的結(jié)實(shí)率和單株粒重的影響存在品種間的差異,汞脅迫處理促進(jìn)中釉2503、廣協(xié)1號、DularM實(shí)率的增加,有助于增加其單株粒重,且均顯著高于對照,推斷是水稻品種對汞傷害的耐受性不同,從而影響其結(jié)實(shí)率和單株粒重,但是對該性狀的影響還有待進(jìn)一步研究。不同水稻品種對汞傷害的耐受性不同,表現(xiàn)出其結(jié)實(shí)率和單株粒重受害程度存在差異。在理論研究上可以將中釉2503作為水稻花粉發(fā)育的參試材料,花粉活力、花粉育性和結(jié)實(shí)率可作為水稻品種選育和汞脅迫程度預(yù)測的可靠指標(biāo)。

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