水稻對(duì)硅元素吸收特性研究

摘要[目的]研究水稻對(duì)硅元素的吸收特性。[方法]以水稻為材料，采用水培試驗(yàn)，設(shè)置0.085、0.850 mmol/L 2個(gè)硅水平，明確水稻對(duì)硅的吸收模式。[結(jié)果]在2個(gè)硅處理下水稻在12 h的總吸硅量明顯高于蒸騰吸硅量，二者都隨著時(shí)間的延長逐漸升高，并且蒸騰吸硅量占總吸硅量的比值表現(xiàn)為高硅濃度處理高于低硅濃度處理；2個(gè)處理在6 h內(nèi)的硅吸收都受到了代謝抑制劑和低溫的抑制，并且表現(xiàn)為高硅濃度的抑制程度低于低硅濃度的抑制程度；2個(gè)處理在12 h內(nèi)木質(zhì)部汁液硅濃度隨時(shí)間的延長逐步升高，而外部溶液硅濃度隨時(shí)間的延長逐步降低，并且木質(zhì)部汁液硅濃度比外部溶液的硅濃度高數(shù)倍。[結(jié)論]水稻對(duì)硅的吸收存在主動(dòng)吸收和被動(dòng)吸收2個(gè)過程，尤其在高硅濃度處理下，被動(dòng)吸收更不能忽視。

關(guān)鍵詞水稻；硅；吸收

中圖分類號(hào)S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）35-0023-03

Abstract[Objective]Absorption property of Si uptake in rice crops was studied.[Method]The rice （Oryza sativus L.） was employed to study absorption property of Si uptake under 0.085，0.850 mmol/L Si level by hydroponic experiments.[Result]The total Si uptake was more than Si uptake calculated via transpiration streams under two Si treatments for 12 hours.The two gradually increased with the extension of time.The contribution of Si uptake calculated via transpiration streams to total Si uptake was greater at higher Si supply level than at lower Si supply level.Si uptake by rice during 6 hours was inhibited by the treatment with metabolic inhibitors or low temperature at 0.085，0.850 mmol/L Si.The degree of inhibition was decreased with increasing external Si concentration.At 0.085，0.850 mmol/L Si level，during 12 hours the Si concentrations of the xylem exudates in rice increased with time，but Si concentration in the external solutions decreased with time.And Si concentration was severalfold higher in xylem exudates than in the external solutions.[Conclusion]There are two processes of active absorption and passive absorption of Si by rice，especially in high Si concentration，passive absorption can not be ignored.

Key wordsRice；Si；Uptake

硅是地球上含量第二豐富的元素，早在1804年De Sassure 就發(fā)現(xiàn)植物中含有硅，硅存在于大部分生長在土壤中的植物體內(nèi)，一些研究者還提出，營養(yǎng)液配方中應(yīng)該包括硅[1]，甚至有學(xué)者提出硅應(yīng)該是位于N、P、K之后的第四大營養(yǎng)元素。硅對(duì)植物具有抗病、抗倒伏、抗逆的有益作用，硅肥的施用對(duì)生態(tài)環(huán)境、農(nóng)民增收意義重大。不同物種間硅素吸收差異很大，環(huán)境條件對(duì)硅的吸收也有明顯的影響，因此了解各種作物對(duì)硅的吸收機(jī)理非常重要。土壤是植物中硅的供給源，但土壤中絕大部分硅是不能直接利用的，只有溶解在土壤溶液中的微量單硅酸能被植物利用。通常土壤溶液中的硅酸與植物的吸硅量成正比，土壤溶液中單硅酸的含量直接影響植物中的硅含量。土壤溶液中單硅酸的濃度又受其他因素的影響。研究表明，土壤類型、酸度、氧化鐵鋁含量、黏粒礦物種類、有機(jī)質(zhì)含量、水分條件、溫度以及其他養(yǎng)分都會(huì)影響土壤中有效硅的含量[2]，從而影響植物體內(nèi)硅的累積。筆者以水稻為研究對(duì)象，對(duì)其吸硅能力進(jìn)行研究，旨在為植物對(duì)硅的吸收機(jī)理研究提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料水稻供試材料為汕優(yōu)63，供試硅源為硅酸鉀。

1.2培養(yǎng)條件在人工氣候室里采用水培法進(jìn)行研究。種子經(jīng)0.1 %的HgCl2消毒15 min，自來水充分沖洗，蒸餾水浸種24 h后將種子攤在墊有1層濾紙的培養(yǎng)皿中，噴水，室溫下促使發(fā)芽。種子發(fā)芽后，均勻播于上鋪尼龍網(wǎng)的周轉(zhuǎn)箱上，前期只澆自來水，每天換水1次，待苗地上部長至5 cm左右時(shí)進(jìn)行水培定植，采用Kimura B營養(yǎng)液。所有試劑均為分析純或以上規(guī)格，水培、配試劑用水均為重蒸餾-Mil-Q，即采用重蒸餾水再進(jìn)行反滲透、離子交換，操作過程中避免硅的污染。 培養(yǎng)期間的供硅濃度為1.70 mmol/L，水培液的pH為5.8，水培液每天調(diào)節(jié)1次pH，每天通氣1次，每隔3 d換1次營養(yǎng)液。培養(yǎng)期間最低溫控制在18 ℃，最高溫25 ℃，光照時(shí)間14 h / d，光強(qiáng)10 000 lx[3]。

1.3短期硅吸收和蒸騰耗水量的關(guān)系試驗(yàn)

將14 d苗齡的幼苗置于盛有1/2強(qiáng)度Kimura B營養(yǎng)液的鋁薄包被的塑料瓶里培養(yǎng)，每瓶3株苗，同時(shí)計(jì)時(shí)并稱重。吸收液體積為50 mL，硅水平為0.085、0.850 mmol/L，分別在處理后3、6、9、12 h吸取1 mL溶液測(cè)定硅濃度，每次取樣同時(shí)將裝有植株的塑料瓶稱重用于計(jì)算蒸騰耗水量。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)收獲地上部和根，測(cè)定鮮重和干重，試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.4代謝抑制劑和低溫對(duì)作物吸硅的影響試驗(yàn)

將經(jīng)過14 d預(yù)培養(yǎng)的植株置于1/2強(qiáng)度Kimura B營養(yǎng)液中，分別用01 mmol/L 2，4-DNP（溶于乙醛中且乙醛在溶液中的濃度不高于0.4 %），1 mmol/L NaF，1 mmol/L NaCN及低溫（植株轉(zhuǎn)移前將培養(yǎng)液進(jìn)行4 ℃預(yù)冷處理）處理6 h，測(cè)定培養(yǎng)液中的硅濃度。吸收液體積為50 mL，每瓶3株苗，同時(shí)設(shè)空白對(duì)照，硅水平為0.085、0.850 mmol/L。試驗(yàn)結(jié)束后，將低溫處理的植株轉(zhuǎn)入常溫營養(yǎng)液中，處理6 h后吸取溶液測(cè)定硅濃度。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)收獲地上部和根，試驗(yàn)重復(fù)3次[4-5]。

1.5木質(zhì)部汁液硅濃度與外界溶液硅濃度比較試驗(yàn)

將14 d苗齡的植物用含硅0.085、0.850 mmol/L的Kimura B營養(yǎng)液培養(yǎng)21 d，試驗(yàn)開始時(shí)將植株轉(zhuǎn)至陰暗處，在離植株根基部3 cm處剪去地上部，每隔2 h用微量吸樣器收集木質(zhì)部汁液，取樣同時(shí)測(cè)定外部溶液中的硅濃度，試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)硅含量的測(cè)定采用硅鉬藍(lán)比色法，在Excel下建立數(shù)據(jù)庫，然后采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差分析和差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1短期硅吸收和蒸騰耗水量的關(guān)系

從圖1可以看出，在0.085和0.850 mmol/L硅處理下，相同時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，水稻的總吸硅量都明顯高于蒸騰吸硅量，可見在0.085、0.850 mmol/L硅處理下，蒸騰吸硅量在水稻總吸硅量中占的比重均不大。在0.085、0.850 mmol/L硅處理下，12 h內(nèi)水稻蒸騰吸硅量占總吸硅量分別為13.25%和18.35%。

2.2代謝抑制劑和低溫對(duì)水稻硅吸收的影響

離子的主動(dòng)運(yùn)輸是在消耗能量的條件下，離子逆電化學(xué)梯度運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，而離子的被動(dòng)吸收是離子順電化學(xué)梯度進(jìn)行的擴(kuò)散作用，這一過程不需要能量。代謝抑制劑和低溫都會(huì)通過抑制植物的呼吸作用、光合作用等抑制植物的能量代謝，因而在代謝抑制劑和低溫影響下，植物離子的主動(dòng)吸收會(huì)受到抑制而被動(dòng)吸收不會(huì)受到影響。該研究對(duì)水稻進(jìn)行代謝抑制劑處理，測(cè)定其受抑制的硅吸收量情況，從而進(jìn)一步明確水稻硅吸收的主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸情況。

從圖2可以看出，在代謝抑制劑和低溫的影響下，水稻在0.085、0.850 mmol/L硅濃度下的硅吸收與對(duì)照相比，都受到抑制，并且表現(xiàn)為高硅濃度處理下水稻的受抑制程度低于低硅濃度處理，吸硅量受代謝抑制劑和低溫抑制的程度隨處理硅濃度的增加逐漸降低。

2.3水稻木質(zhì)部汁液中的硅濃度

奧田東等[6]研究發(fā)現(xiàn)，將水稻幼根浸在200 mL含50～100 mg/kg SiO2的水培液中，吸收48 h后，剩下的水溶液中硅酸濃度下降到0.4～0.6 mg/kg，比用玻璃蒸餾器浸泡的水中的硅酸含量還低，可見水稻有很強(qiáng)的逆濃度梯度吸收硅的能力。高井康雄[7]研究表明，水稻傷流液中的硅酸濃度為外液的數(shù)十倍至數(shù)百倍；許多研究還發(fā)現(xiàn)，植物對(duì)硅的吸收與外界的硅酸濃度也有很大關(guān)系。

從表3可以看出，在0.085、0.850 mmol/L這2個(gè)硅濃度處理下，水稻木質(zhì)部汁液中的硅濃度明顯高于外界溶液中的硅濃度。隨著時(shí)間的延長，水稻木質(zhì)部汁液中的硅濃度逐漸上升，外部溶液中的硅濃度逐漸下降，內(nèi)外溶液中硅濃度的比值也逐漸增加，并且在相同的時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，低硅濃度處理下（0.085 mmol/L）的內(nèi)外溶液的比值比高硅濃度處理下

（0850 mmol/L）內(nèi)外溶液的比值要高得多。在0.085 mmol/L硅濃度處理下，12 h內(nèi)，水稻木質(zhì)部汁液硅濃度與外部溶液硅濃度的比值增加到了20幾倍；在0.850 mmol/L硅濃度處理下，也由5.98倍增加到了13.15倍，可見水稻具有很強(qiáng)的逆濃度梯度累積硅酸的能力。

3結(jié)論

在0.085、0.850 mmol/L硅水平下，水稻在12 h的吸硅量表現(xiàn)為總吸硅量明顯大于蒸騰吸硅量，并且蒸騰吸硅量占總吸硅量的比值表現(xiàn)為高硅濃度處理高于低硅濃度處理。6 h內(nèi)水稻在0.085 mmol/L和0.850 mmol/L硅處理下的硅吸收都受到了代謝抑制劑和低溫的抑制，并且表現(xiàn)為高硅濃度的抑制程度低于低硅濃度的抑制程度。在0.085 mmol/L和0.850 mmol/L硅處理下，水稻在12 h內(nèi)，木質(zhì)部汁液硅濃度均大于外部溶液硅濃度，且其比值隨時(shí)間的延長而逐漸升高。木質(zhì)部汁液中的硅濃度以及木質(zhì)部汁液的硅濃度與外部溶液的硅濃度比值大小表現(xiàn)為高硅濃度處理低于低硅濃度處理，可見水稻對(duì)硅的運(yùn)輸是主動(dòng)過程。

45卷35期華海霞水稻對(duì)硅元素吸收特性研究

參考文獻(xiàn)

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[6] 奧田東，高橋英一.作物に対するケイ酸の栄養(yǎng)生理的役割について（第1報(bào)） ：ケイ酸欠除栽培方法の検討[J].日本土壤肥料學(xué)雜志，1961，32（10）：475-480.

[7] 高井康雄.植物營養(yǎng)和技術(shù)[M].敖光明，等譯.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1988.