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近年来,因工业废物及化肥滥用而导致的水稻土中重金属镉(Cd)污染日益严重。这些污染对水稻的萌发和生长有直接影响,同时易于在水稻体内产生积累,最终会对我国粮食安全生产及人类的身体健康造成威胁。褪黑素(MT)广泛存在于动植物体内,是目前已知的抗氧化作用最强的内源性自由基清除剂。近些年的研究发现褪黑素对植物抵抗逆境胁迫有着重要的关系,适宜浓度外源褪黑素的施加能有效提高植物体对非生物逆境(如低温、高温等)的耐受性。同时现有的研究已证实植物在受到重金属胁迫时在重金属胁迫下,植物体内褪黑素含量会出现明显的改变,这一发现暗示了内源褪黑素在水稻抗Cd胁迫的重要作用,及施加外源褪黑素对水稻Cd胁迫可能的缓解作用。本文以水稻品种X24为材料,采用种子发芽试验和幼苗水培实验,研究施加外源褪黑素处理对Cd胁迫下水稻种子萌发、生长受抑制及Cd积累转运的影响,同时比较了不同处理下水稻幼芽丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性等指标的变化情况。主要结论如下:1、Cd胁迫对水稻种子萌发及幼苗生长均有明显抑制作用萌发试验中10μmol·L-1 Cd对水稻萌发起明显抑制作用,100μmol·L-1 Cd对水稻幼芽生长抑制率达50%。幼苗实验中5μmol·L-1Cd对水稻幼苗生长开始表现出显著抑制,20μmol·L-1 Cd对水稻幼苗生长抑制率达50%。2、外源褪黑素的施加缓解Cd对水稻种子萌发的抑制作用外源褪黑素施加能明显提高Cd胁迫下水稻种子萌发率,当Cd胁迫浓度为10μmol·L-1时,相较于对照处理,10μmol·L-1褪黑素能显著提高水稻种子发芽率7.8%;外源褪黑素的加入对Cd胁迫下水稻幼芽地上部、根部生物量有明显的影响,相较于同等胁迫的对照处理,施加10μmol·L-1褪黑素能分别提高100μmol·L-1Cd胁迫下水稻总根长103.5%;通过提高抗氧化酶活性,外源褪黑素施加对Cd胁迫导致的膜脂过氧化有明显的缓解作用,10μmol·L-1Cd胁迫时,施加10μmol·L-1褪黑素的能提高抗氧化酶POD、SOD、CAT活性分别上升了21.3%、16.8%和63.0%,降低水稻体内MDA含量12.8%。3、外源褪黑素施加对水稻幼苗生长及Cd积累转运的影响外源褪黑素加入能明显缓解Cd胁迫对水稻幼苗生长的抑制作用。这种抑制作用在根部表现得尤为明显。当Cd胁迫为5μmol·L-1时,20μmol·L-1褪黑素的加入能明显提高水稻幼苗地上部鲜重、根部鲜重16.8%和33.8%。外源褪黑素加入对Cd胁迫导致的水稻叶片失绿有明显缓解作用。当Cd胁迫浓度为5μmol·L-1时,20μmol·L-1褪黑素能明显提高水稻叶片叶绿素a、叶绿素b含量26.9%和34.4%。外源褪黑素的施加能明显降低水稻体内Cd转运效率,降低地上部和根部Cd含量,同时减少Cd在水稻地上部的积累。当Cd浓度为5μmol·L-1时,20μmol·L-1Cd胁迫时能明显降低水稻根部、地上部Cd含量16.9%和48.4%,降低地上部积累量42.0%,降低水稻体内Cd转运效率35.1%施加外源褪黑素能明显提高水稻幼苗根部氯化钠提取态存在的Cd所占比例,使得其在水稻根部迁移能力变弱,而这可能是施加褪黑素后水稻幼苗Cd转运效率明显降低的原因。当Cd施加浓度为5μmol·L-1时,施加20μmol·L-1褪黑素能分别降低水稻体内乙醇提取态Cd所占百分比29.6%;降低水稻体内水溶态Cd所占百分比17.8%;提高水稻体内NaCl提取态Cd所占百分比15.8%。综上所述,褪黑素可以有效地缓解Cd胁迫对水稻的毒害作用,同时施加褪黑素可促进水稻体内移动性较强的Cd形态向移动性较弱的Cd形态转移,从而降低水稻对Cd的吸收和转运。