浅谈重金属镉对水稻种子萌发的影响

（太原市农产品质量安全检测中心，山西 太原 030027）

当今人类社会活动频繁，推动工农业现代化迅猛发展，然而，环境却日益遭到污染，其中重金属的污染已成为当今污染面积最广、危害最大的环境问题之一。据不完全统计，在我国被Cd污染的农田面积已达28万hm2，每年生产的农产品中，Cd含量超标达1460万t，不仅严重危害着农业生态环境，还严重危害人类身体健康，甚至影响土壤生产能力的可持续发展。

重金属Cd不是作物生长必需的微量元素，不构成作物结构，也不参与作物体内和代谢活动，但易被作物吸收。Cd的过量积累会对作物生长产生明显的毒害作用，具体表现出生长迟缓、植株矮小、褪绿等中毒症状，严重影响作物产量。此外，镉在农作物中，特别是在可食部分进行大量积累，并通过食物链积累危害到人体健康。

1 “镉米”事件频发，引发全社会关注

我国是世界上最大的稻米生产国，水稻作为我国首要的农作物，近期“镉米”事件频频发生，吸引了全社会对食品安全的关注。

其实“镉米”并不是什么新鲜的事物，早在1968年的日本富山和1983年的台湾桃园，就出现过大米镉超标的事件。1974年，我国沈阳张士灌区第一次发现镉超标大米，其主要污染来自当时沈阳冶炼厂的污水。随后的1989年，中科院沈阳应用生态所在一份研究报告中，将灌区上游330 hm2的土地列为严重污染区 。2007年，南京农业大学农业资源与生态环境研究所潘根兴教授同他的研究团队，一起在全国华东、东北、华中、西南、华南和华北6个地区的县级以上农产品市场中，随机采购大米样品91个，结果发现市售大米中有10%左右镉超标。并且，中国稻米重金属镉污染以南方籼米为主，尤以江西、湖南等省份最为严重。

当前重金属通过各种渠道渗入环境（包括自然环境和人类环境），以致造成重金属污染的“多源”性，给治理和研究重金属污染带来很大的难度。一些业内专家认为，除了加大力度对工业污染防治和对遭重金属污染的土壤施行逐步修复之外，必须要选育Cd耐性水稻品种，防范控制施肥农药等农业投入品的滥用造成的重金属污染。只有这样多措并举，才能有效阻止重金属流向土壤和农产品中，切断重金属超标的农产品流向百姓餐桌的通道。

2 选育Cd耐性水稻品种的探讨

选育具有Cd耐性水稻品种的首要工作是进行品种Cd耐性评价，而研究不同品种的水稻种子萌发对Cd响应的差异性，对选育耐Cd水稻品种具有理论指导意义。

种子萌发是一切植物生命周期的起点，也是感知外界环境的最初阶段，种子萌发状况的好坏对作物的生长量和生物量有着直接的影响。研究表明，种子萌发及苗期生长状况是评价作物对重金属耐性的重要指标。国际组织（如美国 EPA、FDA等）已经通过广泛研究作物的种子萌发状况进行了重金属的毒理试验。结果显示，不同生育时期、不同品种的水稻对Cd的敏感性具有一致性。

有研究指出，作物耐镉性的能力强弱是由作物的遗传特性决定，其中决定作物对重金属耐性最关键的因素是作物的种类、作物的发育阶段及品种。

2.1 Cd浓度对发芽率的影响

评价种子发芽常用的指标为发芽指数、活力指数及发芽率，相应地反映种子发芽整齐度、幼苗健壮程度和发芽速度的潜势。

研究表明，水稻在重金属Cd的胁迫下，其种子的发芽力受挫，生长势削弱，直至完全失活。曾翔等研究表明，Cd浓度在10 ppm下，水稻发芽率比对照下降1.3%，根系长度则比对照下降32.8%。研究中还发现有些品种的最大根系长度、根系数量、发芽率、芽长等指标均高于对照，表明Cd浓度10 ppm的溶液能促使水稻种子的加快萌发。Patra等将这种现象解释为低浓度重金属存在对种子的萌发有积极的“刺激作用”，但这种刺激作用的前提是浓度受到极其严格的限制。环境中存在过多的重金属Cd，对作物的生长必将产生毒害作用，从而引起幼苗生理生化的变化。周青等在研究中表明，水稻在Cd浓度25 ppm的处理下，发芽率与对照无差异，在Cd浓度为100 ppm条件下，发芽率仅比对照下降6.3%，说明水稻对环境中 Cd胁迫的耐受能力较高。

何俊瑜等对我国主要栽培的 32个不同品种水稻种子的萌发期进行耐Cd研究，总结了不同品种的水稻种子，其萌发期对Cd胁迫相应的差异性。除此以外，重金属Cd对不同品种的水稻种子的萌发均能产生强烈的抑制作用，在种子萌发指标中受抑制最重的是活力指数，其次是发芽指数；受抑制最轻的是发芽率，这与之前研究人员在水稻、乌麦、莴苣、紫花苜蓿等植物上的试验结果基本一致。何俊瑜等通过对水稻种子在萌发期对发芽指数、活力指数、发芽率、根长、根鲜质量、芽长、芽鲜质量等7个种子萌发指标的综合分析可知，在萌发期，不同品种的水稻种子对Cd的耐性存在着明显的差异。

2.2 Cd对作物根芽生长的影响

有研究表明，重金属Cd对作物的根芽的生长也会有不同程度的影响，而且对根生长的影响更甚于芽。这是由于作物的种子在吸涨萌动时，胚根快速吸水伸长最先突破种皮，使得Cd在胚根的积累量上，以及胚根在受 Cd胁迫的时间进程上皆大于芽，进而胚根较芽而言，对重金属污染的反应更加直接、更加敏感。除此之外，Cd可诱导作物根系产生一种逆境乙烯的物质，并向地上部分传输。由于逆境乙烯对细胞有很强的伤害作用，并且这种伤害也首先作用在根部，所以当Cd进入作物体内，Cd会在胚根的生长部位进行大量积累，由于胚根细胞壁中存在大量的交换位点，能将重金属离子固定在这些位点上，进而破坏细胞内的染色体和细胞核仁。随着体内 Cd含量的增加，对染色体和细胞核仁的破坏加重，这可能是抑制作物根、芽生长的主要原因。

2.3 Cd对作物种子萌发影响的种间差异

已有报道Cd对作物种子萌发影响具有种间差异，曾翔等在此基础上进一步研究分析了Cd对水稻种子萌发影响的品种间差异，发现不同品种的水稻种子萌发对Cd的响应具有差异，其敏感顺序为：杂交稻〈籼稻〈粳稻；两系不育系〈三系不育系。依据芽长胁迫指数和最大根系长度胁迫指数，参试品种可分成3种类型：耐受型、中间型和敏感型。不同品种的种子萌发对Cd的形态响应表现为多种效应类型，这种类型差异的内在机制还需要进一步研究。李坤权等、王凯荣等、Morshita等研究表明，Cd的富集能力粳稻〈籼稻，常规稻〈杂交稻。笔者认为，水稻种子在其萌发时对Cd的敏感的品种间差异与种子萌发后期Cd的富集能力差异有何种关系，还需要深入探讨研究。

为了避免食品安全问题出现，尤其是重金属含量超标造成的“食品中毒”，必须在源头进行控制防范。研究不同水稻种子萌发对Cd响应的差异性，对选育耐Cd水稻品种具有理论指导意义，对人类生活安全健康又具有现实意义。除此之外，重金属检测作为保障食品安全的最后一道屏障，也成为食品安全保障不可缺少的部分，加强重金属检测工作也就显得十分迫切与必要。

[1]曾翔，张玉烛等.镉对水稻种子萌发的影响[J].应用生态学报，2007，18（7）：1665～1668.

[2]周青，黄晓华等.镉对种子萌发的影响[J].农业环境保护，2000，19（3）：156～158.

[3]王凯荣.农田生态系统镉污染研究[D].华中农业大学，2004.

[4]徐晓炎.土壤中镉的吸附解吸特性及其对水稻吸收镉的影响[D].南京农业大学，2004.

[5]杨居荣，贺建群等.农作物对Cd毒害的耐性机理探讨[J].应用生态学报,1995,01:87～91.

[6]周毅等.土壤镉污染对作物的影响[J].农业环境与发展，1986，04.