濰河區(qū)域生境小麥中硼的分布特征研究

李晨笑,趙文靜,劉霄凡,劉 敏,劉 平,徐慶彩

(臨沂大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276000)

1 引言

硼是植物生長的必需的微量元素之一[1]，作為植物體結(jié)構(gòu)組成成分，硼不參與氧化還原反應(yīng)，只促進碳水化合物的正常運轉(zhuǎn)、植物體生殖器官的建成和發(fā)育、細胞分裂和細胞伸長等，硼還參與光合作用、核酸及蛋白質(zhì)的合成和由多酚氧化酶所活化的氧化系統(tǒng)，能提高作物的抗逆性[2-3]。無硼影響小麥的營養(yǎng)生長，缺硼不影響小麥的營養(yǎng)生長，但是會導(dǎo)致了糖的運輸受阻[4]，從而嚴(yán)重影響小麥的穗分化，導(dǎo)致花粉敗育[5]。

植物從外界吸收的硼，主要來自土壤，土壤中有效硼含量對植物的生長至關(guān)重要[6]。因此不同土壤[7]對植物的生長有一定的影響。小麥作為我國北方重要的糧食作物，其產(chǎn)量高低受硼的影響非常大[8]。硼的濃度對小麥體內(nèi)碳水化合物運輸及小麥不同器官的生長發(fā)育均有重要影響[9-10]。本實驗采集濰河沿岸樣品，研究小麥及其生長環(huán)境的土壤和水中硼含量的變化，對深入研究不同生長環(huán)境中硼對小麥的生長發(fā)育影響具有重要意義。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

2.1.1 儀器

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(型號：ICap Q ICP-MS，美國Thermal Fisher公司)，配有192位自動進樣器，單重四級桿質(zhì)譜檢測器；電子天平(瑞士Metter-Toledo儀器有限公司，AB265-S型，可讀性0.01 mg)；電子控溫加熱板(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司，ECH-1型)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海恒科儀器有限公司)；馬弗爐(杭州卓馳儀器)；分析篩；石英坩堝；聚四氟乙烯坩堝；氬氣純度高于99.999%，購置于山東省濟南德洋氣體有限公司。

2.1.2 試劑

HNO3、HF、HCl、HClO4均為優(yōu)級純試劑。硼標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心)，，用于繪制工作曲線。為避免試驗器皿的污染，各種玻璃和塑料儀器設(shè)備使用前均用10%硝酸溶液浸泡24h，然后用超純水洗凈，烘干后備用。

2.2 樣品采集

本實驗沿濰河水流方向設(shè)定五個采樣點，由入?？谔幭蛏嫌尾杉蓸狱c分別為入?？?、昌邑高速大橋、朱里東南堤、徐家莊、尚家莊。采集的樣品包括小麥、水、土壤，其中小麥樣品按照根、莖、葉、種子、麥芒進行樣品分類；土壤樣品為10～20 cm表層土壤。采樣點地理位置和氣候信息列于表1。

表1 采樣點地理位置和氣候信息

2.3 樣品處理

2.3.1 小麥樣品的干灰化過程

小麥各器官樣品經(jīng)超純水反復(fù)沖洗，以除去表面的附著物和雜質(zhì)。在50 ℃下氣流烘干，樣品粉碎后過100目分析篩。準(zhǔn)確稱量0.3～0.5 g 植物樣品，置于干燥石英坩堝中，然后置于馬弗爐中，550 ℃進行干灰化 4 h，冷卻至室溫[12]，用5% HNO3溶解，過濾后定容。

按照上述實驗過程同時做空白實驗。

2.3.2 土壤樣品的濕法消解過程

準(zhǔn)確稱取0.1～0.2 g土壤樣品，置于聚四氟乙烯坩堝中，用少量超純水潤濕，加入4mL HF、5mL HNO3和2mL HClO4，于電熱板上150℃消解1 h，冷卻后加入2 mL HNO3和1mL HClO4，190℃下繼續(xù)消解至糊狀，再加入2mL HNO3低溫溶解殘渣。用1%HNO3定容[11]。

按照上述實驗過程同時做空白實驗。

2.4 硼的測定

用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定樣品中硼含量。 質(zhì)譜儀工作參數(shù)：分析室真空度 76 μPa，功率 1.55W，霧化室溫度 2.7 ℃，蠕動泵泵速 40 r/min，冷卻氣流量 14 L/min，輔助氣流量 0．80 L/min，采樣深度 5．0mm，霧化器流量1.1 L/min，炬管水平位置-1.4，炬管垂直位置-0.90。

3 結(jié)果與結(jié)論

3.1 小麥各器官中硼含量的總體變化特征

小麥各器官硼含量如表2所示。由表2可看出，小麥中硼含量為0.5～50 μg /g，各采樣點的小麥同一器官中硼含量差別較大，但在多數(shù)采樣點下，表現(xiàn)出麥芒、根、莖中硼較多，葉和種子中硼相對較少。

表2 不同采樣點小麥器官中硼含量 (單位：μg/g)

3.2 小麥麥芒、種子、莖中硼含量與土壤中硼含量分布特征

由圖1可以看出，麥芒中硼含量一般高于莖和種子，說明麥芒可能對硼有較強的富集效應(yīng)。麥芒、種子、莖中硼含量與土壤中硼含量變化趨勢非常接近：從入海口到朱里，硼含量一般呈下降趨勢，到徐家莊和尚家莊硼含量先上升后下降，說明土壤中有效硼的含量對小麥麥穗(種子、麥芒)中硼含量影響很大。土壤中硼含量較高時麥穗中硼含量也較高，這與嚴(yán)紅等[9]報道的結(jié)論相一致。

圖1 小麥莖、麥芒、種子和土壤中硼含量與采樣地點關(guān)系圖

3.3 小麥根、葉中硼含量與土壤、水中硼含量分布特征

由表2可以看出，根、葉中硼含量在入?？谔幊霈F(xiàn)最大值。說明海水對小麥中硼的吸收可能具有較大的影響。除入?？谕猓渌蓸狱c的土壤、水與小麥根、葉中硼含量變化見圖2。圖2顯示，小麥根中硼含量高于葉，葉中硼變化與水中硼變化趨勢非常接近，從昌邑到尚家莊呈遞減趨勢。葉中硼含量變化不受土壤中硼的影響，這可能是因為葉中的水分含量較大。小麥根中硼含量變化與土壤中的呈相反關(guān)系，土壤中硼含量較高時，小麥根中硼含量反而最低，而土壤中硼含量最低時，小麥根中硼含量反而最高。Hu等[12]利用硼同位素發(fā)現(xiàn)，向日葵根以及南瓜根中硼的吸收與外界硼濃度在很大范圍內(nèi)是呈線性關(guān)系的，但小麥的根部硼含量呈相反的趨勢。何建新[13]研究表明，高濃度硼供應(yīng)時硼吸收依靠蒸騰作用被動吸收，低濃度硼供應(yīng)時硼吸收依賴能量主動吸收。這說明可能昌邑和徐家莊處硼含量過高，影響了根對硼的吸收效率。

圖2 小麥根、葉中硼含量與土壤、水中硼含量變化關(guān)系圖