葉面噴施硅和硒對(duì)水稻砷積累及光合參數(shù)的影響①

楊 靜，王瑞昕，方 正，周鑫斌

葉面噴施硅和硒對(duì)水稻砷積累及光合參數(shù)的影響①

楊 靜，王瑞昕，方 正，周鑫斌*

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400700)

本文采用盆栽試驗(yàn)，研究了在砷污染土壤上，水稻葉面分別噴施硅溶液、硒溶液和硅硒混合溶液對(duì)籽粒砷含量相對(duì)較低的水稻品種旌1優(yōu)華珍和C兩優(yōu)華占以及籽粒砷含量相對(duì)較高的水稻品種豐優(yōu)香占砷積累和光合參數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，3種葉面噴施處理相比較而言，以葉面單獨(dú)噴施硅降低水稻籽粒砷含量效果最好，優(yōu)于葉面單施硒和葉面噴施硅硒混合液處理。葉面單獨(dú)噴施硅與對(duì)照相比，顯著降低了籽粒砷含量相對(duì)較低的兩個(gè)水稻品種的籽粒砷含量，但對(duì)籽粒砷含量相對(duì)較高的水稻品種則沒有顯著影響。籽粒砷含量相對(duì)較低的水稻品種更多比例的砷固定在莖中使其稻米砷積累量較低。3種葉面噴施處理與對(duì)照相比均提高了水稻光合參數(shù)(如光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度)，光合參數(shù)與水稻砷濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，葉面噴施硅或硒對(duì)水稻葉片光合參數(shù)的影響差異可能是造成籽粒砷含量差異的重要原因，不同水稻品種葉片光合參數(shù)對(duì)外源硅或硒的敏感度或響應(yīng)度不同?？傊~面噴施硅溶液對(duì)改善水稻光合參數(shù)的效果最好，是減少水稻籽粒砷含量一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的措施，在生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐中，要注意作物品種間的差異。

砷積累；葉面噴施；光合參數(shù)；品種

砷是一種典型的毒性較強(qiáng)的環(huán)境污染物，其已成為全球尤其是東南亞地區(qū)面臨的重大環(huán)境問題之一。土壤砷經(jīng)稻谷積累進(jìn)入食物鏈對(duì)人類健康構(gòu)成潛在威脅[1]。我國是一個(gè)砷污染相對(duì)嚴(yán)重的國家，一些工礦企業(yè)附近農(nóng)田砷含量更高。例如，中國蓮花山鎢礦附近水稻籽粒砷含量高達(dá)1.0 mg/kg，高出我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)5倍(砷≤0.2 mg/kg，GB 2762—2017)[2]。Lei等[3]對(duì)湖南省34個(gè)水稻品種籽粒砷含量(0.26 ～ 0.52 mg/kg)的測(cè)定結(jié)果表明，如果以這些水稻為主食，成人每天砷的攝入量為0.10 ～ 0.21 mg，超過了世界衛(wèi)生組織建議的每日砷攝入量。人體的砷攝入過量易導(dǎo)致各種癌癥，如膀胱癌、肺癌和肝癌等，嚴(yán)重威脅了人類健康[4]。水稻是全球3億人的主食，它比其他谷物農(nóng)作物更容易從土壤中積累砷，水稻是人體砷暴露的主要來源，所以減少砷在稻谷中的積累對(duì)生活在砷污染地區(qū)的以稻米為主食的人們身體健康至關(guān)重要[5]。減少水稻砷積累的策略非常重要，尤其是在砷污染土壤中，主要包括：添加土壤改良劑[6]、水分管理[7]和葉面噴施[8]等方法。利用化學(xué)物質(zhì)減少作物砷積累，是糧食安全生產(chǎn)中切實(shí)可行的方法。其中，葉面噴施硅或硒被認(rèn)為是緩解作物砷積累的有效途徑[8-9]。

水稻是典型的嗜硅作物，硅對(duì)水稻生長發(fā)育起著非常重要的作用。由于亞熱帶地區(qū)土壤的嚴(yán)重風(fēng)化、淋溶、脫硅和團(tuán)聚體化，中國南方水稻土中的植物有效硅含量不足[10]。研究表明，土壤施硅(20 g/kg)可顯著降低水稻糙米砷含量[11]。由于硅施入土壤易被固定，黃崇玲等[12]發(fā)現(xiàn)與土壤施硅相比，葉面噴施硅溶膠降低水稻鎘含量的能力更強(qiáng)。最近，Zhang等[8]的試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，葉面噴施硅溶液顯著降低了20.3% 的稻米砷含量。此外，還有研究顯示，葉面噴施低濃度硅(硅︰砷=100︰1)可降低砷在水稻幼苗體內(nèi)的濃度和轉(zhuǎn)運(yùn)[13]。因此，葉面噴施硅溶液可為砷污染稻田土壤治理提供新的策略。Wu等[14]進(jìn)行了6種不同基因型水稻施硅試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)提高植物體硅含量并不能降低所有水稻品種砷含量，也就是說硅對(duì)水稻積累砷效應(yīng)存在品種差異。到目前為止，盡管有許多研究表明外源硅能降低水稻砷積累，但是葉面噴施硅溶液是如何影響不同品種水稻砷積累，目前還沒有相關(guān)的報(bào)道。

硒是人和動(dòng)物必需的營養(yǎng)元素，硒對(duì)人體抗氧化、抗癌和抗衰老等多方面起著非常重要的作用[15]。然而，我國約51% 的土地缺乏硒，缺硒的省份多達(dá)22個(gè)，導(dǎo)致39% ～ 61% 的居民每日膳食硒攝入量低于WHO/FAO 推薦的硒營養(yǎng)攝入量[16]。研究表明，葉面噴施硒可以顯著增加水稻籽粒硒含量[17]；并且葉面噴硒可降低水稻砷、鎘和汞等多種重金屬的積累，提高水稻抗逆性[18-19]。徐向華等[9]的研究表明，葉面噴施硒溶液能顯著降低19.0% 稻米砷含量。然而，徐琴等[20]研究表明，大田噴施復(fù)合硒葉面肥對(duì)水稻精米和糙米中砷含量沒有顯著影響。最新的一項(xiàng)研究表明，葉面噴施低濃度硒(1.0 mg/L)能有效降低水稻莖和葉中砷含量，但高濃度(5.0 mg/L)則沒有顯著作用[21]。盡管許多研究表明，外源硒能減輕水稻砷積累和砷毒性，但仍然缺少硒對(duì)降低水稻砷積累的作用機(jī)理研究。因此，對(duì)水稻進(jìn)行葉面噴施硒，不僅滿足了我國居民日常的硒攝入量，同時(shí)降低水稻砷積累，起到了“補(bǔ)硒降砷”的作用。

雖然有許多研究評(píng)估了葉面噴施硅和硒對(duì)水稻砷積累的調(diào)節(jié)作用[8-9]，但葉面噴施硅和硒對(duì)砷污染土壤上種植水稻的光合作用的影響機(jī)制以及對(duì)不同水稻品種砷累積差異尚不清楚，這限制了人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中選擇和應(yīng)用適合的降低水稻砷積累方法。為此，本試驗(yàn)以3個(gè)籽粒砷積累量不同的水稻品種為試驗(yàn)材料，研究3種葉面噴施處理對(duì)水稻砷積累和光合參數(shù)的影響，以期闡明葉面噴施硅、硒降低水稻砷積累的機(jī)理，為生產(chǎn)實(shí)踐中有效降低水稻砷積累提供新的應(yīng)用策略。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為采自中國重慶北碚區(qū)水稻土(0 ～ 20 cm)，自然風(fēng)干1個(gè)月，過4 mm篩，充分混勻，用于盆栽試驗(yàn)。再取部分水稻土，放于溫室內(nèi)，自然風(fēng)干2個(gè)月，過0.84 mm篩，充分混勻后，存放于黑暗處，用于測(cè)定試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)。試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)：pH5.6；全氮2.12 g/kg；有效氮126.7 mg/kg；全磷0.93 g/kg；有效磷15.67 mg/kg；速效鉀132.5 mg/kg；有機(jī)質(zhì)23.2 mg/kg；全硒0.23 mg/kg；有效硅151.3 mg/kg；全砷2.36 mg/kg。

試驗(yàn)所用外源砷由亞砷酸鈉(NaAsO2)提供。根據(jù)GB 15618—2018《中國環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (砷: 30 mg/kg)，本試驗(yàn)加入的砷濃度為35 mg/kg。試驗(yàn)加入的氮、磷和鉀肥分別為：N 200 mg/kg，由CO(NH2)2提供；P 35 mg/kg，由CaHPO4·2H2O提供；K 70.5 mg/kg，由K2SO4提供。本試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，每盆裝土9 kg。將土壤與基肥和砷混合均勻后裝盆，淹水4周，之后取部分塑料盆中的土，自然風(fēng)干，用于砷的測(cè)定，然后將水稻幼苗移栽進(jìn)每個(gè)盆中。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻幼苗培育的方法參照文獻(xiàn)[22]，待水稻幼苗適宜移栽時(shí)，選取長勢(shì)相似的幼苗，于2019年5月1日移栽至裝好土的塑料盆中，每盆移栽3株。將移栽后的水稻，置于溫室(室溫：16 ～ 38 ℃，相對(duì)濕度：60% ～ 70%)，自然光照射，培育140 d。

選擇3個(gè)籽粒砷積累能力不同的水稻進(jìn)行研究：籽粒砷積累能力相對(duì)較低的水稻品種旌1優(yōu)華珍和C兩優(yōu)華占，籽粒砷積累能力相對(duì)較高的水稻品種豐優(yōu)香占，均為秈型雜交水稻。3種葉面肥溶液成分和對(duì)照處理見表1，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。研究表明，在拔節(jié)期或分蘗期施用葉面肥更有利于抑制砷的轉(zhuǎn)運(yùn)[8]。因此，我們?cè)谒镜姆痔Y期(2019年6月1日)和抽穗期(2019年7月1日)噴施葉面肥。

表1 葉面肥成分與粒徑

采用Liu等[23]所述方法制備硒和硅溶液。葉面噴施硅硒混合溶液的制備：在制備2.5 mmol/L硅溶液的過程中，加入40 mg亞硒酸鈉，最后定容至1 L。每個(gè)處理(3盆)葉面噴施量為200 ml，并于噴施前加入2 ml表面活性劑(吐溫80)，并且在噴施前用塑料袋將栽種水稻的塑料盆表面罩住，避免在噴施的過程中液體濺入盆中。用動(dòng)態(tài)光散射法(BT-90)測(cè)量了硅、硒和硅硒混合溶液中的粒徑分布，結(jié)果見表1。

1.3 光合參數(shù)的測(cè)定

在抽穗期施用葉面肥大約7 d后，選取晴朗天氣(2019年7月9日)，于上午9: 30—11: 30進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定。本次試驗(yàn)使用CI-340手持便攜式光合作用測(cè)定儀進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定。測(cè)定時(shí)每盆水稻隨機(jī)選取3片葉子，并在劍葉的相同位置進(jìn)行測(cè)定，以自然光源提供光合有效輻射，進(jìn)氣 CO2濃度約為200 mg/L，測(cè)定項(xiàng)目包括光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

1.4 樣品的收集和處理

水稻成熟時(shí)(2019年9月18日)，收獲水稻，并將水稻分成根、莖、葉和籽粒。把籽粒最外層的殼去掉，得到糙米。水稻根部用檸檬酸二亞硫酸氫鈉(DCB)溶液去除根表鐵膜。最后用去離子水把水稻樣品沖洗干凈，放進(jìn)65 ℃的烘箱烘72 h(DHG-9240A)。樣品烘干、稱重后，研磨機(jī)磨碎，裝進(jìn)聚乙烯自封袋中，用于砷的測(cè)定。

砷的測(cè)定采用混合酸溶液(HNO3︰HClO4=4︰1)消煮法[24]，同時(shí)取與消煮樣品相同量的混合酸按同一方法作空白試驗(yàn)。用AF-610A原子熒光光譜儀測(cè)定總砷，同時(shí)對(duì)空白和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定。其中植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBWO7602(GSV-1))購于中國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.5 數(shù)據(jù)分析

砷從土壤到地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)和生物富集系數(shù)(BCF)計(jì)算公式如下：

TF根到莖=莖/根×100%(1)

TF莖到葉=葉/莖×100%(2)

TF莖到糙米=糙米/莖×100%(3)

BCF糙米=糙米/土壤(4)

式中：根、莖、葉、糙米和土壤分別代表根、莖、葉、糙米和土壤中的砷含量(mg/kg，以干物質(zhì)量計(jì))。所有的數(shù)據(jù)用SPSS 22.0和Excel 2007進(jìn)行處理，用Origin 8.0作圖。所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行鄧肯單因素方差分析(ANOVA)。

2 結(jié)果

2.1 葉面噴施硅、硒和硅硒混合液對(duì)水稻各組織砷積累的影響

從圖1可知，3種水稻吸收積累砷能力不同，表現(xiàn)為：豐優(yōu)香占>C兩優(yōu)華占>旌1優(yōu)華珍，對(duì)照組的組間差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明，3種水稻間總砷含量有顯著性差異(<0.05)。

對(duì)于旌1優(yōu)華珍來說，與對(duì)照相比，葉面噴施硅溶液使其根、莖葉和糙米砷含量都顯著降低，分別降低了9.9%、17.9% 和26.4%(<0.05)；對(duì)于C兩優(yōu)華占來說，與對(duì)照相比，葉面噴施硅溶液使其莖葉和糙米砷含量顯著降低，分別降低了16.7% 和21.1% (<0.05)。葉面噴施硒溶液和硅硒混合溶液對(duì)旌1優(yōu)華珍和C兩優(yōu)華占各組織砷含量沒有顯著影響，但能降低它們的砷含量。對(duì)于豐優(yōu)香占來說，雖然葉面噴施處理對(duì)其各部分砷含量沒有顯著影響，但對(duì)各部分砷含量的降低有一定積極作用。綜上，葉面噴施硅溶液對(duì)于降低水稻砷含量的效果要好于噴施硒或硒硅溶液，并且葉面單獨(dú)噴施硅與對(duì)照相比，顯著降低了籽粒砷含量相對(duì)較低的兩個(gè)水稻品種的籽粒砷含量。

(圖中小寫字母不同表示同一水稻品種不同處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05，n = 3))

2.2 葉面噴施硅、硒和硅硒混合液對(duì)水稻生物量、砷轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)和生物富集系數(shù)的影響

由表2可知，與對(duì)照相比，葉面噴施硅溶液能顯著提高C兩優(yōu)華占莖葉生物量，提高了5.9% (<0.05)；其他葉面噴施處理對(duì)水稻根、莖葉和糙米生物量均無顯著影響，但從總體來看，與對(duì)照相比，葉面噴施處理有提高3種水稻生物量的趨勢(shì)。在對(duì)照組中，組間差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明，3種水稻間生物量有顯著差異(<0.05)。

由表3可知，在對(duì)照組中，與其他兩種水稻相比，旌1優(yōu)華珍有最高的TF根到莖，以及最低的TF莖到糙米、TF葉到糙米和BCF糙米；C兩優(yōu)華占的砷轉(zhuǎn)運(yùn)和積累能力居中；豐優(yōu)香占有最低的TF根到莖，以及最高的TF莖到糙米、TF莖到葉和BCF糙米。在旌1優(yōu)華珍中，與對(duì)照相比，3種葉面噴施處理對(duì)TF根到莖、TF莖到糙米和BCF糙米無顯著影響，然而，葉面噴施硒溶液，使其TF莖到葉顯著增加了9.0%(<0.05)。在C兩優(yōu)華占中，與對(duì)照相比，3種葉面噴施處理對(duì)其TF莖到糙米和BCF糙米無顯著影響，然而，葉面噴施硅溶液，使其TF根到莖顯著降低了12.7%，葉面噴施硅硒混合溶液，使其TF莖到葉顯著增加了9.6%(<0.05)。在豐優(yōu)香占中，與對(duì)照相比，3種葉面噴施處理對(duì)其TF根到莖、TF莖到糙米和BCF糙米無顯著影響，然而，葉面噴施硅溶液、硒溶液和硅硒混合溶液都能顯著增加其TF莖到葉，分別增加了11.3%、9.6% 和8.3%(<0.05)。

表2 葉面噴施硅、硒和硅硒混合液對(duì)不同品種水稻組織生物量的影響

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示同一水稻品種不同處理間差異顯著(<0.05，=3)，下同。

表3 葉面噴施硅、硒和硅硒混合液對(duì)不同品種水稻砷轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)和生物富集系數(shù)(BCF)的影響

2.3 葉面噴施硅、硒和硅硒混合液對(duì)水稻光合參數(shù)的影響

葉面噴施硅、硒和硅硒混合液使3種水稻的光合參數(shù)都呈現(xiàn)增加趨勢(shì)(圖2)。在對(duì)照組中，組間差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明，3種水稻品種同一光合參數(shù)間的差異不顯著。總體來看，3種葉面噴施處理增加水稻光合參數(shù)的能力大小順序?yàn)椋汗枞芤海疚芤海竟栉旌先芤?。在?優(yōu)華珍中，與對(duì)照相比，葉面噴施硅溶液使其光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率分別顯著增加了33.3%、171.8%、11.1% 和56.4%(<0.05)；葉面噴施硒溶液使其光合速率和胞間CO2濃度分別顯著增加了27.2% 和9.4%(<0.05)；葉面噴施硅硒混合溶液使其胞間CO2濃度顯著增加了8.4%(<0.05)。在C兩優(yōu)華占中，與對(duì)照相比，葉面噴施硅溶液，使其光合速率和氣孔導(dǎo)度分別顯著增加了19.7% 和140.5%(<0.05)；葉面噴施硒溶液，使其蒸騰速率顯著增加了30.1%(<0.05)；葉面噴施硅硒混合溶液雖然使其光合參數(shù)增加，但無顯著影響。在豐優(yōu)香占中，與對(duì)照相比，葉面噴施硅、硒和硅硒混合液都能顯著增加其光合速率和氣孔導(dǎo)度(<0.05)；3種葉面噴施處理雖然能增加其胞間CO2濃度和蒸騰速率，但差異未達(dá)到顯著水平。

2.4 水稻砷含量與光合參數(shù)的關(guān)系

整株水稻砷含量與光合參數(shù)兩者間相關(guān)性如圖3所示，結(jié)果表明，水稻砷含量與光合參數(shù)無顯著相關(guān)；光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度與水稻砷含量呈負(fù)相關(guān)，這說明，水稻砷含量與光合參數(shù)關(guān)系密切。

3 討論

3.1 葉面噴施硅和硒對(duì)不同品種水稻砷積累的影響

3種水稻吸收積累砷能力不同，表現(xiàn)為：豐優(yōu)香占>C兩優(yōu)華占>旌1優(yōu)華珍，從對(duì)照組組間差異性檢驗(yàn)結(jié)果來看，3種水稻間總砷含量有顯著性差異(<0.05)，這說明水稻基因型對(duì)水稻砷含量有顯著影響。其原因可能有以下兩點(diǎn)：一方面，不同品種水稻生長發(fā)育程度不同，對(duì)照組的組間差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明，不同品種水稻間生長發(fā)育有顯著差異，對(duì)照組中3種水稻生物量不同，其大小順序?yàn)椋红?優(yōu)華珍>C兩優(yōu)華占>豐優(yōu)香占(表2)，生物稀釋作用可能是導(dǎo)致不同品種水稻總砷含量差異的原因；另一方面，不同品種水稻其砷的轉(zhuǎn)運(yùn)能力不同，在對(duì)照組中，旌1優(yōu)華珍有最高的TF根到莖以及最低的TF莖到糙米，豐優(yōu)香占有最低的TF根到莖以及最高的TF莖到糙米(表3)，說明對(duì)于旌1優(yōu)華珍來說，與其他兩個(gè)水稻品種相比，砷在轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中，較多地固定在其莖中，因此其籽粒砷含量是供試水稻品種中最低的(圖1)。Li等[25]的研究也表明，不同基因型水稻，其根系、木質(zhì)部和韌皮部發(fā)育程度以及轉(zhuǎn)運(yùn)砷的能力不同?？傊?，以上結(jié)果說明了籽粒砷含量相對(duì)較低的水稻品種更多比例的砷固定在莖中，從而導(dǎo)致其稻米砷積累能力較弱。這與Bhattacharya等[26]的研究結(jié)果一致，籽粒砷含量相對(duì)較低的水稻品種砷從根到莖的轉(zhuǎn)運(yùn)能力也相對(duì)較強(qiáng)，這個(gè)現(xiàn)象是否具有普遍性還需進(jìn)一步探索。

圖2 葉面噴施硅、硒和硅硒混合液對(duì)不同品種水稻光合速率(A)、氣孔導(dǎo)度(B)、胞間CO2濃度(C)和蒸騰速率(D)的影響。

圖3 水稻砷含量與光合參數(shù)的線性關(guān)系

葉面噴施硅處理對(duì)于降低水稻籽粒砷含量的效果要好于噴施硒或硒硅溶液，葉面噴施硅可顯著降低旌1優(yōu)華珍和C兩優(yōu)華占水稻籽粒砷含量，但沒有顯著降低豐優(yōu)香占籽粒砷含量(圖1)，這說明葉面噴施硅降低水稻籽粒砷含量存在基因型差異。葉面噴施硅溶液使旌1優(yōu)華珍和C兩優(yōu)華占糙米砷含量分別從0.341 2 mg/kg下降到0.251 2 mg/kg，以及從0.432 1 mg/kg下降到0.341 1 mg/kg，雖然沒有達(dá)到國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)(砷<0.2 mg/kg)，但葉面噴施硅溶液顯著降低兩品種水稻籽粒砷含量。Zhang等人[8]的研究也表明，葉面噴施1 mmol/L的硅溶液能顯著降低稻米砷含量。葉面噴施的硅被水稻吸收后，會(huì)形成硅雙層，以及促進(jìn)水稻內(nèi)外胚層凱氏帶的形成[27]。硅雙層和凱氏帶可能抑制了水稻對(duì)砷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。同時(shí)，葉面噴施硅溶液還可能增加了水稻細(xì)胞壁的果膠含量，提高了其負(fù)電位，增加了砷與水稻莖和葉細(xì)胞壁結(jié)合的比例，降低了砷向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而降低籽粒砷的含量[28]。另一方面，葉面施硅還可能顯著降低水稻根部(和)和葉鞘()砷吸收轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)[8]，從而降低水稻籽粒砷的積累。

適量的硒對(duì)植物生長是有益的。試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，葉面噴施硒溶液使旌1優(yōu)華珍、C兩優(yōu)華占和豐優(yōu)香占糙米砷含量分別下降20.5%、9.2% 和12.9%，與以前的研究結(jié)果相似[9]。從總體來看，葉面噴施硒溶液降低水稻砷含量的效果低于葉面噴施硅溶液，但高于葉面噴施硅硒混合溶液(圖1)。這可能是由于外源硒可以誘導(dǎo)和促進(jìn)細(xì)胞壁栓質(zhì)的形成，這有助于抑制重金屬向木質(zhì)部及地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)[29]。砷可與谷胱甘肽(GSH)或植物螯合素(PCs)螯合，固定在根細(xì)胞的液泡中，硒能增加谷胱甘肽過氧化酶(GSH-Px)和谷胱甘肽(GSH)的活性，從而降低了砷向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)[30]。

葉面單噴施硅或硒對(duì)水稻籽粒砷含量降低效果強(qiáng)于葉面噴施硅硒混合溶液(圖1)。究其原因，可能是不同噴施溶液的粒徑不同造成的，噴施溶液粒徑越小，水稻葉面越容易吸收，混合溶液的平均粒徑要顯著高于單噴硅或硒溶液(表1)。Cui等[31]研究表明較小粒徑的SiO2顆粒對(duì)水稻吸收Cd2+有較強(qiáng)的抑制作用。本研究中不同粒徑的硅和硒溶液對(duì)水稻砷吸收的影響，可能存在類似機(jī)理，這需要進(jìn)一步驗(yàn)證。然而，也有研究指出，與單獨(dú)噴施硅和單獨(dú)噴施硒相比，葉面噴施1% 硒摻雜的硅硒混合溶液(粒徑35.4 nm)降低糙米砷含量的效果最好[9]，造成上述研究結(jié)果不同的原因可能是葉面噴施溶液粒子的粒徑不同。因此，在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)盡量選擇粒徑較小的溶質(zhì)粒子進(jìn)行葉面噴施，以便取得較好的降砷效果。

3.2 葉面噴施硅和硒對(duì)不同品種水稻光合作用的影響

在對(duì)照組中，組間差異性檢驗(yàn)結(jié)果表明，3種水稻品種同一光合參數(shù)間的差異不顯著，說明其差別主要由噴施不同溶液引起的。我們的研究和以往的研究均證明，砷處理降低了水稻的生長和光合作用[32]。葉面噴施硅、硒和硅硒混合液均可減輕砷對(duì)植物光合作用的影響。從總體來看，3種葉面噴施處理提高水稻光合參數(shù)的能力大小順序?yàn)椋汗枞芤?硒溶液>硅硒混合溶液，并且本文也得出，光合參數(shù)(如光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度)與水稻籽粒砷濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖3)。那么，葉面噴施硅或硒對(duì)水稻葉片光合參數(shù)的影響差異可能是造成籽粒砷含量差異的重要原因。以往的研究也證明，外源硅或硒均能減輕砷對(duì)植物光合作用的影響[18]，本研究結(jié)果與此一致。Sanglard等[33]報(bào)道，外源硅可通過調(diào)節(jié)某些基因(如基因)的表達(dá)來緩解砷脅迫對(duì)植物的光合損傷，提高植物光合速率。外源硒和硅還能通過修復(fù)受損的葉綠體，提高葉綠素含量，抑制活性氧的過量產(chǎn)生，從而提高光合效率[34-35]。最近的一項(xiàng)研究表明，硒還能提高砷脅迫下與光合作用相關(guān)的醛縮酶、RuBisCo小亞基和葉綠素A-b結(jié)合蛋白等蛋白質(zhì)的表達(dá)和增加光合色素[36]，從而提高水稻光合參數(shù)?？傊~面噴施硅或硒對(duì)水稻光合參數(shù)的影響可能與某些基因(基因)的表達(dá)、光合作用相關(guān)酶和光合色素量有關(guān)。

從水稻不同品種來看，葉面噴施硅或硒對(duì)籽粒砷含量相對(duì)較低的兩個(gè)水稻品種的光合參數(shù)的提高程度要高于籽粒砷含量相對(duì)較低的水稻品種，也就是說，不同水稻品種葉片光合參數(shù)對(duì)外源硅或硒的敏感度或響應(yīng)度不同。Ding等[21]人也發(fā)現(xiàn)了這一有趣的現(xiàn)象，這意味著不同植物也許對(duì)硅或硒有不同的耐受性或敏感性，綜上，葉面噴施適量的硅或硒有助于降低水稻籽粒砷含量，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，要注意植物品種間的差異，研究結(jié)果可為砷污染地區(qū)的水稻生產(chǎn)提供參考。

4 結(jié)論

3種葉面噴施處理相比較而言，以葉面噴施硅對(duì)降低水稻籽粒砷含量效果最好，優(yōu)于葉面噴施硒和硅硒混合液處理。葉面噴施硅處理與對(duì)照相比，顯著降低了籽粒砷含量相對(duì)較低的兩個(gè)水稻品種的籽粒砷含量，但對(duì)籽粒砷含量相對(duì)較高的水稻品種則沒有顯著影響。

3種葉面噴施處理與對(duì)照相比均提高了水稻光合參數(shù)(如光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度)，光合參數(shù)與水稻砷含量呈負(fù)相關(guān)，葉面噴施硅或硒對(duì)水稻葉片光合參數(shù)的影響差異可能是造成籽粒砷含量差異的重要原因，但不同水稻品種葉片光合參數(shù)對(duì)外源硅或硒的敏感度或響應(yīng)度不同。總之，葉面噴施硅溶液是減少水稻籽粒砷含量一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的措施，在生產(chǎn)實(shí)踐中，要注意植物品種間的差異。

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Effect of Foliage Spraying Si and Se on As Accumulation and Photosynthetic Parameters of Rice

YANG Jing, WANG Ruixin, FANG Zheng, ZHOU Xinbin*

(College of Resources and Environment, Southwest University, Chongqing 400700, China)

A pot experiment was conducted to study the effects of foliage spraying silicon (Si) solution, selenium (Se) solution and mixed solution of Si and Se on As accumulation and photosynthetic parameters of rice varieties Jing1youhuazhen and Cliangyouhuazhan with lower As content in grains and Fengyouxiangzhan with higher As content in grains. The results showed that single foliage spraying Si had the best effect on reducing As content in grains, which was better than single foliage spraying Se and mixed foliage spraying Si and Se. Compared with CK, foliage spraying Si significantly reduced As content in grains of the two rice varieties with lower As content, but had no significant effect on the rice varieties with higher As content. For rice varieties with lower As content, more As was fixed in stems, which resulted in lower As accumulation in grains. Photosynthetic parameters (such as photosynthetic rate, stomatal conductance and intercellular CO2concentration) of rice leaves were increased by foliage spraying Si and Se. There was a negative correlation between photosynthetic parameters and As concentration in rice. The differences in the effects of foliage spraying Si or Se on photosynthetic parameters of rice leaves may be an important reason for the difference of As content in grains, and the sensitivity or response of photosynthetic parameters of different rice varieties was different to exogenous Si or Se. In conclusion, foliage spraying Si has the best effect on improving photosynthetic parameters of rice leaves, which is economic and effective to reduce As content in rice grains.

Arsenic accumulation; Foliar application; Photosynthetic parameters; Genotype

S-3

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.03.015

楊靜, 王瑞昕, 方正, 等. 葉面噴施硅和硒對(duì)水稻砷積累及光合參數(shù)的影響. 土壤, 2022, 54(3): 547–555.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31672238)）資助。

(zxbissas@swu.edu.cn)

楊靜(1995—)，女，四川成都人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橹参镂c砷的生理。E-mail: 764825623@qq.com