镉污染已经成为我国最严峻的土壤污染问题之 一，并因其毒性大、污染范围广而备受关注^[1]。镉是植物 生长发育的非必需元素，在体内积累到一定程度就会 影响植物的生理代谢过程，抑制作物生长，最终导致 产量降低，甚至颗粒无收^{[2, 3, 4]}。由于传统的物理、化学修 复方法成本很高，而且容易造成二次污染，新兴的生 物修复技术尚未成熟，仍处在探索完善阶段^[5]。在镉污 染稻区寻求一种有效的途径来提高水稻的耐镉能力， 并降低籽粒对镉的积累，使稻米镉含量低于国家标准 是解决镉污染稻区稻米安全生产的一种有效方法。

根系促生菌（PGPR）是指生活于植物根系，并能 直接或间接促进植物生长的微生物^[6]。PGPR 能通过 产生生长素、铁载体、ACC 脱氨酶和增加根系溶磷量 等途径来促进植物生长，提高植物抗病性和抗逆性^[7]。 陈佛保等^[8]研究了芽孢杆菌对缓解水稻锌胁迫的作 用，结果发现：在水稻受600 mg·kg^-1的锌胁迫条件 下，接种芽孢杆菌DBM 仍能有效缓解锌毒害，显著促 进水稻生长，加菌处理比不加菌对照的地上部和根部 干重分别高出97.8%和77.2%，锌含量分别降低了 15.1%和19.9%。耐镉促生菌在提高水稻耐镉能力和 促进产量形成中具有很大的发展潜力和应用价值。

本研究通过接种耐镉促生菌伯克氏菌D54 于水稻生长环境中，研究了耐镉促生菌对水稻种子萌发的 影响，并分析了初生幼苗的根系形态，揭示耐镉促生 菌对水稻初生幼苗耐镉性的影响，为耐镉促生菌的应 用提供理论参考。 1 材料与方法 1.1 供试材料

水稻品种：湘24，购于湖南农丰种业有限公司； 伯克氏菌D54，中国农业部环境保护科研监测所生态 毒理与环境修复中心提供。 1.2 伯克氏菌生长曲线的测定

分别设置0、50、100、300、500、1 000 mg·L^-1 的镉 浓度处理，每个处理重复3 次，测定伯克氏菌的生长 曲线。取培养液保存的菌液2 mL 加入200 mL的改良 SMN 液体培养基中，在38 ℃的摇床上以150 r·min^-1 的转速培养72 h，作为种子液。取2 mL 种子液接入 100 mL 无菌及含各浓度镉的改良SMN 液体培养基 中，在38 ℃、150 r·min^-1条件下振荡培养128 h。每8 h取样测定菌液在波长660 nm下的OD 值。以时间为 横坐标，OD 值为纵坐标绘制菌株在不同镉浓度下的 生长曲线。培养基的组成为：甘露醇，1%；（NH₄）₂SO₄， 0.2%；蛋白胨，0.2%；K₂HPO₄，0.05%；MgSO₄，0.05%； NaCl，0.01%；FeSO₄，0.005%；MnSO₄，0.005%；pH 值， 7.0。 1.3 发芽实验

分别设置①无菌水（CK），②1×10⁸ cfu·mL^-1 的菌 液（B），③10 mg·L^-1Cd（Cd₁），④10 mg·L^-1Cd+1×10⁸ cfu·mL^-1 的菌液（Cd₁+B），⑤50 mg·L^-1Cd（Cd₂），⑥50 mg·L^-1Cd +1×10⁸ cfu·mL^-1的菌液（Cd₂+B），⑦100 mg· L^-1Cd（Cd₃）⑧100 mg·L^-1Cd+1×10⁸ cfu·mL^-1 的菌液 （Cd₃+B）8 个处理，采用完全随机设计，随机排列，重 复3次。选取饱满均一的水稻种子在5%NaClO 溶液 中浸泡15 min 后，用无菌水洗净，浸种催芽24 h后， 转入盛有10 mL 无菌水或含菌液或含各浓度镉的溶 液的铺有双层滤纸的培养皿中，每皿50 粒。在培养箱 中以光照16 h，黑暗8 h，28 ℃的条件连续培养7 d。 期间喷洒无菌水使滤纸保持湿润。 1.4 测定指标与方法

发芽期间每日记录发芽的种子数，第7 d结束 后，每皿分别随机取5株用根系扫描仪（EPSON STD 1600，WinRhizo system V.4.0b）进行扫描，测定幼苗的 总根长、表面积、体积和根尖数。再随机取10 株分别 测定幼苗的根鲜质量和芽鲜质量，计算各处理下水稻 种子的发芽率、发芽指数、活力指数和耐性系数。

发芽率（G）=（发芽种子数/供试种子数）×100%

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）（Gt为t d 的发芽数，Dt为发芽日数）

活力指数（VI）=S×GI（S为幼苗总根长）^[9]

耐性系数（TI）=RLm/RLc（RLm 为各处理中根系的长度，RLc 为对照的根系长度）^[10]

所得数据采用Excel 和SAS8.0 进行统计分析， 单方面分类的方差分析（one-way ANOVA），Duncan's multiple-range test 多重比较检验显著性差异（P≤ 0.05）。 2 结果与分析 2.1 镉胁迫对伯克氏菌生长的影响

如图 1 所示，菌株在各浓度的镉胁迫下都能生 长，显示出极强的耐镉能力。当镉胁迫浓度在500mg·L^-1以下时，菌株进入各生育期的时间基本一致。 进入稳定期后，50 mg·L^-1的镉浓度处理的OD 值与对 照基本一致。从100 mg·L^-1的镉处理开始随着镉浓度 的提高，OD 值逐渐降低。但其降幅不大，表明高浓度 镉胁迫虽对菌株的生长有所抑制，但作用不明显。在 1 000 mg·L^-1的镉胁迫下，菌株进入对数期和稳定期 的时间延缓，生长相对滞后，进入稳定期后其细胞浓 度也较低。表明只有在极高的镉胁迫下，伯克氏菌 D54 的生长才会受到抑制。

图 1 不同浓度镉胁迫下伯克氏菌的生长曲线

图选项

如表 1 所示，随着镉处理浓度的提高，种子的萌 发率、发芽指数、活力指数和初生幼苗的根鲜重和芽 鲜重都降低。在10 mg·L^-1的镉胁迫下，水稻种子的萌 发率与对照无显著差异。当镉胁迫浓度提高到50 mg·L^-1和100 mg·L^-1时，水稻种子的萌发才明显受到 抑制。在50 mg·L^-1的镉胁迫下，接种伯克氏菌能显著 提高水稻种子的萌发率（P≤0.05），但在其他镉处理 下，接种伯克氏菌对种子萌发的影响不显著。接种伯 克氏菌对水稻种子的发芽指数无影响。在10 mg·L^-1 的镉胁迫下，接种伯克氏菌处理的活力指数显著提 高，但在其他浓度镉处理下，接菌与不接菌处理的活 力指数无显著差异。在0、10、50 mg·L^-1的镉胁迫下， 接菌处理能显著提高初生幼苗的根鲜重，但在100 mg·L^-1的镉胁迫下，接菌处理与不接菌处理的根鲜重 无显著差异。在各浓度的镉胁迫下，芽鲜重都无显著 差异。接菌处理的芽鲜重较相同浓度镉处理的不接菌 对照有所提高，但其差异不显著。

表 1 各浓度镉胁迫下接种伯克氏菌对水稻种子萌发的影响

表选项

如表 2 所示，随着镉处理浓度的提高，水稻初生 幼苗的总根长、表面积和根尖数都有所降低。在10 mg·L^-1的镉胁迫下，初生幼苗的总根长、表面积、根尖数都显著高于相同浓度镉胁迫下的不加菌对照（P≤ 0.05）。在其他浓度镉处理下，接菌处理的总根长、表 面积、体积、根尖数比相同镉处理下的不加菌对照都 有所增加，但其差异不显著。与其他形态指标相比，镉 胁迫对根系体积的影响较小，当镉胁迫浓度在100 mg·L^-1时，才表现出明显的抑制作用。

表 2 各浓度镉胁迫下接种伯克氏菌对初生幼苗根系形态的影响

表选项

如图 2 所示，随着镉处理浓度的提高，水稻初生 幼苗的耐性系数显著降低。在0 mg·L^-1和10 mg·L^-1 的镉浓度下，接菌处理的耐性系数显著高于不接菌处 理（P≤0.05）。在50 mg·L^-1 的镉胁迫下，接菌处理的 耐性系数较不接菌处理有所提高，但其差异不显著。 在100 mg·L^-1的镉胁迫下，接菌处理的耐性系数与不 接菌处理无显著差异。

图 2 各浓度镉胁迫下，接种伯克氏菌对水稻初生幼苗耐镉性的影响

图选项

伯克氏菌D54 能产生生长素、ACC 脱氨酶、铁载 体和具有溶磷能力等植物促生菌的基本特性，能显著 提高番茄、美洲商陆和籽粒苋的生物量和对重金属的 耐性^{[11, 12]}。当植物遭受重金属胁迫时，植物最先感应的 是根系器官，通过根系生长发育和代谢来适应逆境胁 迫^[13]。研究表明，在镉胁迫下，根系较长的植物对重金属表现出较强的耐性，镉胁迫下各处理根长和对照根 长的比值能很好地指示植物对镉的耐受性^{[10, 14]}。本试 验中，在10 mg·L^-1的镉胁迫下，接种伯克氏菌能显著 提高水稻种子的活力指数和初生幼苗的根系鲜重、根 系总长、表面积、根尖数和耐性系数，但在高浓度的镉 胁迫下，接种伯克氏对根系的生长没有促进作用。这 可能是因为高浓度的镉胁迫已经对水稻种子和初生 幼苗造成了不可逆的损伤，使菌株的促生效果不明 显。本实验整个过程都是在无菌条件下完成，根系总 长度、根表面积和根尖数的提高可能是伯克氏菌产生 的植物激素的促进作用。

水稻种子的萌发率不易受镉影响，只有遭受很高 浓度的重金属胁迫时，萌发率才会明显受到抑制，镉 胁迫对芽鲜重的抑制作用也较弱，接种伯克氏菌对其 影响也较小。在较低浓度镉胁迫下，接种伯克氏菌显 著促进了根系生长，使种子的活力指数也显著提高。 在种子萌发时期，种子的生根易受镉的抑制，当镉浓 度提高到100 mg·L^-1后，根系几乎没有生长。Madhaiyan 等^[15]研究发现，在无菌条件下，接种甲基杆菌 CBMB20 和伯克氏菌CBMB40 都能显著提高番茄种 子在镍和镉胁迫下的生根能力,接菌后番茄对重金属 的耐性系数也显著提高。接种伯克氏菌能在一定程度 上缓解根系受镉的毒害，可能是因为菌株本身对镉的 吸附作用，使环境中的镉浓度降低，也可能是菌株产 生的铁载体降低了根系对镉的吸收^{[16, 17]}。 4 结论

镉胁迫对水稻种子的萌发影响较小，只有在极高 浓度胁迫下，才会表明出明显的抑制作用；初生水稻 幼苗的根系对镉极其敏感；接种伯克氏菌D54 对水 稻种子的萌发率和发芽指数没有影响，但在低浓度的 镉胁迫下，接种伯克氏菌D54 能提高水稻种子萌发 的活力指数，对水稻初生幼苗的生根具有较好的促进 作用，提高水稻初生幼苗的耐镉能力。