赵夏夏 李尚锟 林堪德 王旭明 胡燕 郭文燕 黄永相 李伟 郭建夫

摘要 选取苏香粳2号、苏粳8、楚粳香1号、中籼2503、粳籼89、广协1号和Dular7个水稻品种作为实验材料，设置4个汞浓度梯度处理，分别为0、0.1、0.3、0.8mmol/L，采用盆栽水培的方法培育至成熟期，研究汞胁迫对7个水稻品种花粉活力与结实的影响。结果表明：穗分化期间水稻花粉活力和花粉育性受低汞胁迫伤害较小，而高汞毒害造成水稻花粉母细胞结构完整性遭受破坏，导致花粉活力受到抑制。不同品种的花粉活力和育性对汞毒胁迫的响应受花药结构和生理共同调节作用。汞胁迫下花粉活力、花粉育性和结实率存在品种上的差异。在理论研究上中，籼2503、苏粳8可作为水稻花粉发育研究的参试材料;生产实践中，花粉活力、花粉育性和结实率可作为水稻品种选育和汞胁迫程度预测的可靠指标。

关键词 水稻;汞胁迫;花粉活力;花粉育性;结实率

中图分类号 S511 文献标识码 A

汞，同镉、铅一样，是环境中毒性最强的重金属之一，同其他重金属相比危害性更大，严重危害生态环境和人类健康[1-2]。目前，我国的汞消耗量占全球比例约50%以上，而且《全国土壤污染状况调查公报》结果显示，土壤无机型的污染物占主要比例，其中汞点位的超标率达到1.6%，这对我国农作物生长及食品安全带来严重威胁[3-4]。

有研究表明，土壤汞污染对水稻具有双重的影响，汞主要在水稻植株的根中大量富集[5]，在汞浓度较低的情况下，会对水稻的生长起到促进的作用，而在高浓度胁迫下，根冠比随着汞浓度的增加而降低，根系养分的传输受阻，最终影响到地上部的生长，从而导致水稻植株矮小，最终导致产量降低[6]。此外，随着土壤汞富集量的增加，汞胁迫对水稻生长的抑制明显加强，生育期短的水稻受害较为明显。邹继颖发现，汞的处理浓度越大，其对水稻的生长影响越大;生育嵌短的水稻，受汞影响越大0在汞胁迫处理下，水稻叶绿素含量降低，光合作用受阻，最终导致干物质积累减少，从而使得籽粒的千粒重降低，产量降低[8]。有研究也发现，汞胁迫浓度为36.5mg/L处理下，水稻植株明显受到抑制，生长矮小，水稻叶片枯黄，秕谷率近50%，产量仅为对照的3.3%[9-10]。目前关于高温胁迫、盐胁迫水稻对花粉活力与结实率这方面的研究[11-13]较多，而汞胁迫下水稻花粉活力对结实率的影响鲜有报道。因此，本研究通过研究汞胁迫对不同水稻品种花粉活力和萌发率的影响，为耐汞生理机理和汞污染土壤修复研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料：苏香粳2号，苏粳8，楚粳香1号，中釉2503，粳籼89，Dular，广协1号，均由广东海洋大学农业生物技术研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 水稻幼苗的培养

2017年3月13日，参照李春龙[14]的方法，先将水稻种子用盐水进行浮选，去除不实籽粒，人工精选粒大、均匀饱满的种子200籽粒。先用蒸馏水浸泡5min后，用10%的H₂O₂浸泡20min后，用去离子水冲洗干净并均匀平铺于无菌培养皿中，放置30 0C种子培养箱下催芽48h，期间换水6次，并保持培养皿湿润，待种子露白后种植于广东海洋大学农学院水稻实验田中进行幼苗培育。

1.2.2 汞胁迫处理

2017年3月25日，在广东海洋大学实验农场培育的秧苗中，选取长势均匀的3叶1心期参试品种的秧苗移栽到盛装有沙土的培养箱（内径52.5×14.7×32）中，每箱中种植24株。

2017年4月13日待水稻长至五叶期左右进行汞胁迫处理，汞处理浓度为分别含0.1、0.3、0.8mmol/L的Hgcl₂的Yoshida溶液，对照为不含汞的纯Yoshida溶液。每品种每处理3次重复。每桶保持2cm水层，每桶插入相同刻度的标尺测定其水位，根据缺水情况，每桶补水至相同刻度。生长期间早晚观察水稻的生长状况，每天拍照记录。

随机区组试验设计，实验设置3次重复。2017年6月20日汞胁迫35d后至水稻抽穗扬花期，进行花粉育性、花粉活力的测定。2017年7月18日继续培养至水稻蜡熟期，收获后测定结实率、粒重和千粒重，3个指标测定重复10次。

1.2.3 测定方法

参照张桂莲、张彬的方法[15-16]对水稻花粉活力进行测定。水稻花粉育性的测定参照罗丽华的方法[17]。结实率、单株粒重、抽穗日数的测定参照邵文奇、马树庆和于淑婷的方法[18-20]进行。

1.2.4 数据分析

运用SPSS19.0软件进行数据分析，在MicrosoftOffice Excel 2007电子表格中作图。

2 结果与分析

2.1 不同汞浓度对水稻花粉活力的影响

随着汞胁迫浓度的增加，中釉2503的花粉活力明显上升，较其他6份材料，花粉活力较高;而在相同的汞胁迫条件下，苏香粳2号的花粉活力显著降低，花粉活力受到抑制，苏粳8、楚粳香1号、广协1号花粉活力受汞胁迫影响的程度较小。0.8mmol/L浓度的汞处理后，苏香粳2号、Dular4t粉活力下降最大，减幅达到40.0%、26.1%，花粉活力受到明显抑制，而中釉2503花粉活力显著升高，增幅达到67.3%。见表1。

2.2 不同汞浓度对水稻花粉育性的影响

汞胁迫对不水稻品种花粉育性的影响存在明显的差異。汞胁迫浓度的增加，对苏粳8、楚粳香1号、中釉2503、广协1号、Dular的花粉可育率显著增加，对其育性有明显的促进作用，而苏香粳2号、粳籼89受影响不大。0.3%汞浓度处理下Dular、苏粳8、中釉2503花粉可育率显著高于对照，增幅分别达到32.87%、17.75%、14.19%，而粳籼89的花粉可育率降低，花粉育性受到抑制，可能是0.3%汞胁迫刺激Dular、苏粳8、中釉2503这3个品种，对花粉育性有促进作用。0.8mmol/L汞胁迫下，苏粳8花粉可育率，较对照显著增高，增幅达到18.91%，楚粳香1号、中釉2503、Dular花粉可育率增幅降低，而粳籼89花粉可育率减幅降低，苏香粳2号、广协1号花粉育性受影响较小。见表2。2.3不同汞浓度对水稻抽穗日数的影响

随着汞胁迫浓度增大，7个水稻品种抽穗日数变化不大，而不同品种间抽穗日数呈显著差异。其中抽穗日数长短排序：苏粳8<楚粳香1号<中釉2503

2.4 不同汞浓度对水稻结实率的影响

汞胁迫处理提高了楚粳香1号、中釉2503、粳籼89、广协1号的结实率。随汞处理浓度的增加，这4个品种的结实率呈逐渐升高的趋势，在0.8mmol/L浓度，结实率增加到最大，增幅达到68.8%、26.5%、26.4%、14.0%，但Dular、苏粳8、苏香粳2号的结实率受汞胁迫伤害的影响较小，均保持较高的结实率。说明汞胁迫促进楚粳香1号、中釉2503、粳籼89、广协1号结实率的增加，却对Dular、苏粳8、苏香粳2号的影响不大。见表4。

2.5 不同汞浓度对水稻单株粒重的影响

随着汞胁迫浓度增加，单株粒重呈先升后降的趋势，汞胁迫浓度0.1～0.3mmol/L下，7个水稻品种单株粒重达到峰值。同一汞胁迫水平下，粳籼89、广协1号、中釉2503的单株粒重增幅较明显，而在0.8mmol/L胁迫下苏粳8、Dular的单株粒重降低。见表5。

3 讨论

汞是一种极毒的重金属元素，其毒性位于各金属之首[21]。植物体内汞离子的积累造成DNA损伤，其结构的完整性遭到破坏[22]。试验结果表明，穗分化期间水稻花粉活力和花粉育性受低汞胁迫伤害较小，高汞毒害造成水稻花粉母细胞结构完整性遭受破坏，导致花粉活力受到抑制，但对抽穗日数的影响不大;同时汞胁迫对花粉活力的影响存在品种间的差异，对中釉2503具有促进作用，其耐汞能力较强，花粉细胞结构完整性较好，保持正常的生长发育，而苏香粳2号、Dular明显受到抑制，其他3个品种受影响较小，也说明不同品种的花粉活力和育性对汞毒胁迫的响应受花药结构和生理共同调节作用。汞胁迫可以增加水稻花粉活力及育性，并提高结实率，而甲基汞在水稻体内富集程度的加剧抑制水稻花粉萌发能力，从而引起育性下降，造成籽粒结实率降低。因此，花粉活力与育性可以作为汞胁迫对水稻结实影响程度的参考指标，这与赵雷等人的研究结论相近[25]。

考种研究发现，汞处理对水稻的结实率和单株粒重的影响存在品种间的差异，汞胁迫处理促进中釉2503、广协1号、DularM实率的增加，有助于增加其单株粒重，且均显著高于对照，推断是水稻品种对汞伤害的耐受性不同，从而影响其结实率和单株粒重，但是对该性状的影响还有待进一步研究。不同水稻品种对汞伤害的耐受性不同，表现出其结实率和单株粒重受害程度存在差异。在理论研究上可以将中釉2503作为水稻花粉发育的参试材料，花粉活力、花粉育性和结实率可作为水稻品种选育和汞胁迫程度预测的可靠指标。

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