砷對(duì)小麥苗期生長(zhǎng)的影響及降低砷毒性的措施

馬瑞，王海芳，盧靜*，呂溥，李金惠

（1.中北大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，太原 030051；2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084）

砷（As）是一種廣泛分布于自然界的有毒類金屬元素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因燃煤導(dǎo)致的砷化物的排放量高達(dá)1 500 t，As 的污染問(wèn)題已相當(dāng)嚴(yán)重。山西省是煤炭大省，煤炭、礦產(chǎn)開(kāi)采過(guò)程中有大量As 釋放進(jìn)入環(huán)境，劉漢斌等發(fā)現(xiàn)大同市侏羅紀(jì)煤中As的含量是全國(guó)煤中As 均值的2 倍，史曉凱等的研究表明山西忻州市高As 硫鐵礦開(kāi)采中釋放的As 隨大氣沉降、河水灌溉等方式進(jìn)入土壤，使礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤As 的污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。As 不僅干擾作物的正常生長(zhǎng)，還會(huì)通過(guò)土壤-農(nóng)作物的遷移，進(jìn)入食物鏈威脅人體健康。

目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道了As對(duì)糧食作物的危害，主要表現(xiàn)為抑制作物水分代謝、呼吸作用、光合作用及相關(guān)酶的活性等。一般而言，As 對(duì)作物的毒害程度與作物生長(zhǎng)介質(zhì)中As 的含量密切相關(guān)，當(dāng)生長(zhǎng)介質(zhì)中As 的含量超過(guò)植物所能承受的臨界值后，As 含量越高，對(duì)植物的毒害效應(yīng)就越明顯。土壤中As 對(duì)作物的毒害不僅與含量有關(guān)，更與其形態(tài)轉(zhuǎn)變及生物有效性密切相關(guān)，尤其是無(wú)機(jī)As（Ⅲ）的生物有效性。已有學(xué)者比較了小麥、蘿卜和玉米在受As 污染的褐土上的生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)受As 毒害程度最強(qiáng)的是小麥。目前，小麥已經(jīng)成為人類患癌癥的新型暴露途徑，全球0.02%的人由于食用As污染的小麥而面臨患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。ZHAO 等的研究表明，小麥籽粒中的As以無(wú)機(jī)As形態(tài)存在，作物累積的As全部來(lái)自于土壤。CHEN 等發(fā)現(xiàn)在堿性環(huán)境下，土壤可提取態(tài)As 與小麥籽粒As 顯著線性相關(guān)，揭示了土壤As向小麥籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)果。此外，小麥莖稈通常被用于飼養(yǎng)牲畜或被還田，莖稈中累積的As 很可能通過(guò)食物鏈再次進(jìn)入人體，對(duì)人體造成潛在危害。山西以面食著稱，小麥?zhǔn)巧轿鞯闹饕Z食作物，該地耕作土壤普遍呈中堿性，因此研究As 對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響意義重大。

降低As 的生物有效性是減緩As 對(duì)作物毒害最主要的途徑。土壤環(huán)境中的As 主要以無(wú)機(jī)As 形態(tài)[As（Ⅲ）、As（Ⅴ）]存在，其中As（Ⅲ）對(duì)作物的毒性遠(yuǎn)大于As（Ⅴ）。亞砷酸和硅酸的解離常數(shù)、分子結(jié)構(gòu)大小接近，MA 等的研究表明硅酸轉(zhuǎn)運(yùn)水通道蛋白（OsNIP2;1，即Lsi1）是As（Ⅲ）進(jìn)入水稻根系的一個(gè)重要途徑，Lsi2 可調(diào)控根系A(chǔ)s（Ⅲ）向木質(zhì)部的流動(dòng)；LIU 等添加Si 肥使水稻莖葉和稻谷中的As 分別降低了78%和16%；李劍睿等發(fā)現(xiàn)施Si肥會(huì)促使土壤形成重金屬硅酸鹽沉淀，降低土壤As 的遷移性和生物有效性。As（Ⅴ）與磷（P）為同族元素，砷酸鹽與磷酸鹽的化學(xué)性質(zhì)相似，As（Ⅴ）可通過(guò)磷的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)通道進(jìn)入植物體內(nèi)；WANG 等研究發(fā)現(xiàn)，增加培養(yǎng)液中磷酸鹽的濃度能顯著抑制蜈蚣草（）對(duì)As（Ⅴ）的吸收；PICKERING 等采取同位素標(biāo)記的方法研究As（Ⅴ）的吸收動(dòng)力學(xué)特征，結(jié)果表明P能抑制植物對(duì)As（Ⅴ）的吸收。

本研究以兩種小麥作為供試材料，研究不同濃度As（Ⅲ）處理后兩種小麥各組織部位對(duì)As（Ⅲ）吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和累積的差異，以及As（Ⅲ）對(duì)小麥的毒性效應(yīng)，為準(zhǔn)確了解As（Ⅲ）對(duì)小麥的毒性及小麥對(duì)As（Ⅲ）的耐性提供理論依據(jù)，同時(shí)提出減緩小麥?zhǔn)蹵s 毒害的有效農(nóng)藝措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

晉麥1號(hào)和晉麥2號(hào)均是山西省田間廣泛種植的小麥品種，供試小麥種子購(gòu)買于某種子公司。

1.2 供試土壤

供試土壤采自山西省太原市二龍山表層土壤（0～20 cm），土壤類型為棕壤。將采集后的土壤自然風(fēng)干，過(guò)4 mm篩后備用。土壤的基本性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤的基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the test soil

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 幼苗的培育

分別選取兩種飽滿的小麥種子各約300 顆，先用10%的過(guò)氧化氫（HO）消毒，再用蒸餾水沖洗干凈后置于鋪有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，待種子的胚稍微萌動(dòng)后放于4 ℃冰箱中春化7 d（無(wú)光照），取出后置于硬質(zhì)網(wǎng)面（兩端用泡沫固定）上，漂浮在盛有去離子水的盆缽中，曝氣、光照（10 h·d）培養(yǎng)，當(dāng)葉片長(zhǎng)到5 cm時(shí)，用1/2 霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液曝氣培養(yǎng)，期間每3 d 換一次營(yíng)養(yǎng)液，待幼苗長(zhǎng)至三葉一心后備用。

1.3.2 水培試驗(yàn)

挑選1.3.1 中長(zhǎng)勢(shì)好的三葉一心小麥幼苗進(jìn)行水培As（Ⅲ）處理試驗(yàn)。試驗(yàn)采用容積為300 mL的塑料盆缽，首先用NaAsO配制10 mmol·L的As（Ⅲ）母液，用移液槍分別吸取0.125、0.25、0.625、1.25 mL 和2.5 mL As（Ⅲ）母液至盛有200 mL 霍格蘭全營(yíng)養(yǎng)液（調(diào)節(jié)pH=6.0）的容量瓶中，再用該營(yíng)養(yǎng)液定容至250 mL 后置于塑料盆缽中，配制成5、10、25、50、100 μmol·LAs（Ⅲ）處理溶液。As（Ⅲ）吸收試驗(yàn)[可用于As（Ⅲ）半抑制濃度的分析]為5 d，As（Ⅲ）吸收動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)為30 min，As（Ⅲ）氧化特征分析試驗(yàn)為3 d，各試驗(yàn)具體的濃度設(shè)置如表2所示，對(duì)照組為不加As（Ⅲ）的營(yíng)養(yǎng)液，每個(gè)試驗(yàn)濃度設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)5棵幼苗，試驗(yàn)過(guò)程中每2 d 換一次處理溶液，均連接曝氣裝置，保證小麥根系的氧氣供給。

表2 水培試驗(yàn)設(shè)計(jì)（μmol·L-1）Table 2 Design of the hydroponic experiments（μmol·L-1）

1.3.3 盆栽試驗(yàn)

將過(guò)篩的土壤置于塑料盆缽中，每盆1.5 kg，向每個(gè)盆缽中加入基肥（氮肥為尿素，100 mg·盆；鉀肥、磷肥為KHPO，320 mg·盆），而后在各個(gè)盆缽中加入10 mg·kgAs（Ⅲ），試驗(yàn)設(shè)置：①對(duì)照組CK，即不添加P、Si 肥的As 處理組；②低濃度磷肥P1（329 mg·盆KHPO），即As+50 mg·kgP；③高濃度磷肥P2（658 mg·盆KHPO），即As+100 mg·kgP；④低濃度硅肥Si1（322 mg·盆SiO），即As+100 mg·kgSi；⑤高濃度硅肥Si2（644 mg·盆SiO），即As+200 mg·kgSi。上述處理均需攪拌均勻，每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3 棵幼苗。挑選1.3.1 中長(zhǎng)勢(shì)好的三葉一心晉麥2 號(hào)幼苗進(jìn)行移栽，在小麥幼苗移栽前，先將加入As（Ⅲ）、P 肥和Si 肥的土壤加水濕透后培養(yǎng)兩周，以使As 元素均勻分布在土壤固相表面和液相中。小麥移栽后，試驗(yàn)處理時(shí)間持續(xù)45 d，期間保持土壤水分為田間最大持水量的80%。

1.4 樣品的測(cè)定及分析

1.4.1 樣品生物量的測(cè)定

鮮質(zhì)量：處理結(jié)束后，分離小麥幼苗的根系和莖葉，用去離子水沖洗干凈，吸水紙將表面水分擦干后置于萬(wàn)分之一天平稱量。干質(zhì)量：將樣品置于70 ℃烘箱，48～72 h質(zhì)量恒定后稱量。

1.4.2 樣品As含量的測(cè)定

稱取烘干磨細(xì)的樣品（水培試驗(yàn)樣品量＜0.25 g，稱全部樣品；樣品量≥0.25 g，稱0.25 g 樣品）于消解管內(nèi)，向其中加入5 mL 混酸（HNO∶HClO=87∶13，∶）進(jìn)行消解，結(jié)束后用2%HNO定容，用電感耦合等離子體光譜儀（ICP-OES，Thermo Fisher iCAP 7000）測(cè)定As含量。

1.4.3 氧化特征分析

HO：采用比色法測(cè)定小麥各組織中HO的含量。

丙二醛（MDA）：采用5%三氯乙酸（100 mL 水中加入5 g 三氯乙酸）提取法測(cè)定小麥各組織中MDA含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理、相關(guān)性分析和圖形繪制采用Sigma-Plot 13.0 軟件，數(shù)據(jù)差異性統(tǒng)計(jì)采用SPSS 20.0 軟件，采用單因素方差齊性Tukey 方式分析，圖中的誤差線均是標(biāo)準(zhǔn)誤差（SE）。

2 結(jié)果與討論

2.1 As（Ⅲ）處理對(duì)小麥苗期根系、莖葉生物量及相對(duì)根長(zhǎng)的影響

兩種小麥根系、莖葉生物量均隨溶液As（Ⅲ）濃度的增加而降低（圖1a 和圖1b），經(jīng)5 μmol·LAs（Ⅲ）處理后，晉麥1 號(hào)根系、莖葉生物量分別降低90%和60%，降低幅度均極顯著高于晉麥2 號(hào)。兩種小麥相對(duì)根長(zhǎng)隨As（Ⅲ）處理濃度的增加而減少（圖1c），晉麥1 號(hào)根長(zhǎng)減少13%～40%，晉麥2 號(hào)減少3%～35%。由此可知，晉麥1號(hào)根系、莖葉生長(zhǎng)受As（Ⅲ）抑制的程度顯著高于晉麥2 號(hào)，環(huán)境中As（Ⅲ）的存在，會(huì)對(duì)晉麥1 號(hào)產(chǎn)生較嚴(yán)重的毒害效應(yīng)。該結(jié)果與AGNIHOTRI 等的研究結(jié)果一致，當(dāng)小麥植株暴露在As環(huán)境中時(shí)，其吸收營(yíng)養(yǎng)成分的能力降低，蛋白合成速度減弱，最終導(dǎo)致小麥植株生物量下降。

圖1 不同濃度As（Ⅲ）處理后兩種小麥根系生物量、莖葉生物量及相對(duì)根長(zhǎng)的變化Figure 1 The change of root biomass and shoot biomass and relative root elongation of two wheat varieties under different As（Ⅲ）concentration treatments

2.2 As（Ⅲ）處理對(duì)小麥苗期根系、莖葉As含量的影響

兩種小麥根系、莖葉As 含量均隨As（Ⅲ）處理濃度的增加而增加（圖2a 和圖2b）。晉麥1 號(hào)根系、莖葉As含量總體上極顯著低于晉麥2號(hào)，只在50 μmol·LAs（Ⅲ）處理時(shí)，晉麥1 號(hào)莖葉As 含量與晉麥2 號(hào)無(wú)顯著差異，這可能是由于晉麥1號(hào)莖葉對(duì)As（Ⅲ）的吸收速率或根系向莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)能力在該濃度下有所加強(qiáng)，也可能與調(diào)控小麥As吸收的基因有關(guān)，具體機(jī)理需進(jìn)一步研究。上述結(jié)果表明兩種小麥對(duì)As（Ⅲ）的吸收、累積存在差異，晉麥2號(hào)對(duì)As（Ⅲ）的吸收、累積和耐受能力較高，該結(jié)果與國(guó)內(nèi)外報(bào)道的小麥籽粒和莖稈對(duì)As的累積能力在不同品種間存在很大差異的結(jié)果一致。KUNDU 等在As 污染條件下種植4 種小麥，其中As 累積量最高品種的籽粒、莖葉中As含量是最低品種的1.2～2.7倍。

由圖2c可知，兩種小麥根系A(chǔ)s含量與莖葉As含量顯著線性相關(guān)，莖葉As含量隨根系A(chǔ)s含量的增加而增加，說(shuō)明莖葉中As的累積主要來(lái)自于根系A(chǔ)s向莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)，根系A(chǔ)s累積得越多，向莖葉中轉(zhuǎn)運(yùn)的As就越多，莖葉部分As的累積量也相應(yīng)增加。TONG等在內(nèi)蒙古河套地區(qū)的研究也表明，向小麥灌溉As污染的地下水不僅會(huì)增加表土層As的含量，還會(huì)影響土壤中As的生物有效性，進(jìn)而增加小麥莖稈、籽粒中As的含量。

圖2 不同濃度As（Ⅲ）處理后小麥根系、莖葉As含量的變化及小麥根系A(chǔ)s含量與莖葉As含量的相關(guān)關(guān)系Figure 2 The change of root As concentration and shoot As concentration of two wheat varieties and the correlation between root As concentration and shoot As concentration under different As（Ⅲ）concentration treatments

2.3 相關(guān)性分析

經(jīng)As（Ⅲ）處理后，兩種小麥根系生物量均隨根系A(chǔ)s 含量的增加迅速降低（圖3a），說(shuō)明根系A(chǔ)s 的累積是導(dǎo)致根系生物量減少的重要原因。晉麥1 號(hào)根系A(chǔ)s 含量與根長(zhǎng)，莖葉As 含量與莖葉生物量均呈顯著非線性關(guān)系（圖3b 和圖3c），說(shuō)明晉麥1 號(hào)根長(zhǎng)受抑制與根系A(chǔ)s 含量的增加關(guān)系密切，莖葉生物量降低與莖葉As 含量的增加有關(guān)，具體的機(jī)理需要從分子生物學(xué)角度進(jìn)一步研究；晉麥2 號(hào)根系A(chǔ)s 含量與根長(zhǎng)，莖葉As 含量與莖葉生物量均呈極顯著線性關(guān)系，說(shuō)明晉麥2 號(hào)根系A(chǔ)s 的累積是導(dǎo)致根長(zhǎng)受阻的主要原因，莖葉As 的累積直接導(dǎo)致莖葉生物量的減少。

圖3 不同濃度As（Ⅲ）處理后小麥根系A(chǔ)s含量與根系生物量、根長(zhǎng)的相關(guān)關(guān)系及莖As含量與莖葉生物量的相關(guān)關(guān)系Figure 3 The correlation between root As concentration and root biomass and root length,and the correlation between shoot As concentration and shoot biomass under As（Ⅲ）treatments

有研究表明小麥暴露在As 環(huán)境中時(shí)，其根系分生組織的有絲分裂活性顯著降低，細(xì)胞分裂速率、根系伸長(zhǎng)和新細(xì)胞的生長(zhǎng)受到抑制，本研究也發(fā)現(xiàn)在As 環(huán)境中，兩種小麥根長(zhǎng)受到不同程度抑制；此外，有研究顯示暴露在As 環(huán)境中的小麥，其各組織部位生物量會(huì)降低，本研究也說(shuō)明小麥根系A(chǔ)s 的累積是造成根系生物量減少的主要原因，低濃度As（Ⅲ）處理后，根系生物量即迅速降低。兩種小麥根系都具有較強(qiáng)的As 轉(zhuǎn)運(yùn)能力，莖葉中As 的累積主要是通過(guò)根系A(chǔ)s向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)而來(lái)。

As（Ⅲ）處理后，晉麥1 號(hào)根系、莖葉As 含量顯著低于晉麥2號(hào)，且生物量也顯著降低，說(shuō)明晉麥1號(hào)是As（Ⅲ）相對(duì)敏感品種，受As（Ⅲ）影響的程度較大，更容易受毒害，晉麥2號(hào)是相對(duì)耐As（Ⅲ）品種。

2.4 As（Ⅲ）半抑制濃度

為詳細(xì)說(shuō)明兩種小麥對(duì)As（Ⅲ）的耐性差異，本研究依據(jù)As（Ⅲ）吸收試驗(yàn)開(kāi)展了As（Ⅲ）對(duì)兩種小麥半抑制濃度（EC）的分析，結(jié)果見(jiàn)表3。晉麥1 號(hào)、晉麥2 號(hào)根系生物量受半數(shù)抑制時(shí)的As（Ⅲ）濃度分別為1.2、2.2 μmol·L，這也解釋了低濃度的As（Ⅲ）處理后，小麥根系生物量迅速降低的生理現(xiàn)象，該結(jié)果與李建秋等關(guān)于小麥?zhǔn)蹵s毒害后的EC值相似。晉麥1號(hào)、晉麥2號(hào)根長(zhǎng)受半數(shù)抑制時(shí)的As（Ⅲ）濃度分別為2.9、5.0 μmol·L，可能因?yàn)榄h(huán)境中存在的促進(jìn)根長(zhǎng)伸長(zhǎng)的離子（如Ca），相對(duì)減緩了As（Ⅲ）對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用。晉麥1 號(hào)、晉麥2 號(hào)莖葉生物量受半數(shù)抑制時(shí)的As（Ⅲ）濃度分別為3.6、7.2 μmol·L，由于莖葉As的累積主要來(lái)源于根系的轉(zhuǎn)運(yùn)，而根系吸收的As 大部分固定在根部，僅有10%轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分，使得莖葉生物量受半數(shù)抑制時(shí)As（Ⅲ）濃度升高。晉麥1 號(hào)根系、莖葉的As（Ⅲ）半抑制濃度均顯著低于晉麥2號(hào)，進(jìn)一步說(shuō)明晉麥1 號(hào)是As（Ⅲ）相對(duì)敏感品種，晉麥2 號(hào)是As（Ⅲ）相對(duì)耐受品種。

表3 不同濃度As（Ⅲ）處理后兩種小麥根系生物量、根長(zhǎng)及莖葉生物量的半抑制濃度Table 3 The EC50 of As concentration in root and shoot respectively of two wheat varieties under As（Ⅲ）treatments

2.5 吸收動(dòng)力學(xué)特征及相關(guān)參數(shù)

吸收動(dòng)力學(xué)曲線不僅能很好地反映小麥根系吸收As 的特征，還能有效說(shuō)明兩種小麥根系吸收As 的差異，更好地解釋兩種小麥對(duì)As 的耐性差異。由根系吸收動(dòng)力學(xué)曲線（圖4）得到小麥根系對(duì)As（Ⅲ）的最大吸收速率（，以鮮質(zhì)量計(jì)）和米氏常數(shù)（）。由表4可知，晉麥1號(hào)的值低于晉麥2號(hào)，即晉麥2號(hào)根系對(duì)As（Ⅲ）的吸收速率較大；晉麥2 號(hào)的值低于晉麥1號(hào)，由于值越小，與離子的親和力越大，對(duì)離子吸收強(qiáng)度越強(qiáng)，所以晉麥2號(hào)與As（Ⅲ）的親和力較大，吸收As（Ⅲ）的能力較強(qiáng)。一般而言，累積的As越多，越容易受As 的毒害，而晉麥2 號(hào)根系對(duì)As（Ⅲ）的吸收累積能力強(qiáng)，但沒(méi)有表現(xiàn)出毒害癥狀，進(jìn)一步說(shuō)明了晉麥2號(hào)是As（Ⅲ）耐受品種。

表4 As（Ⅲ）處理后兩種小麥根系吸收動(dòng)力學(xué)方程、參數(shù)和相關(guān)系數(shù)Table 4 As（Ⅲ）uptake kinetic equations and parameters of two wheat varieties

圖4 不同As（Ⅲ）濃度處理后兩種小麥根系吸收動(dòng)力學(xué)曲線Figure 4 As（Ⅲ）uptake kinetics of two wheat varieties

2.6 氧化特征分析

為研究?jī)煞N小麥?zhǔn)蹵s 毒害的氧化脅迫生理特征，本研究對(duì)As（Ⅲ）處理后根系、莖葉中HO和MDA的含量進(jìn)行了分析。結(jié)果表明兩種小麥根系、莖葉中HO和MDA 均隨As（Ⅲ）處理濃度的增加而增加（圖5），說(shuō)明兩種小麥?zhǔn)蹵s（Ⅲ）毒害后，體內(nèi)活性氧代謝增加，使HO過(guò)量累積，過(guò)氧化反應(yīng)加強(qiáng)，細(xì)胞膜受損程度嚴(yán)重，使MDA 的含量顯著增加；晉麥1 號(hào)根系、莖葉中HO、MDA含量顯著高于晉麥2號(hào)，說(shuō)明晉麥1號(hào)受As毒害程度顯著高于晉麥2號(hào)。

圖5 不同濃度As（Ⅲ）處理后根系和莖葉中的H2O2和MDA含量Figure 5 Root and shoot H2O2 concentration under As（Ⅲ）treatments and root and shoot MDA concentration under As（Ⅲ）treatments of two wheat varieties

2.7 盆栽試驗(yàn)中P、Si 對(duì)晉麥2 號(hào)根系、莖葉生物量和As含量的影響

本研究模擬田間環(huán)境，通過(guò)盆栽試驗(yàn)說(shuō)明P 肥和Si 肥對(duì)小麥As 吸收的減緩作用。由圖6a 和圖6b 可知，與CK 相比，添加P、Si 肥后根系生物量顯著增加，且P2、Si2 處理根系生物量顯著高于P1、Si1 處理，莖葉生物量也均顯著增加，增加次序?yàn)镻2＞Si2＞P1＞Si1。與CK 相比，P、Si 添加均能顯著降低根系、莖葉中As的含量（圖6c 和圖6d），且P2、Si2 處理根系、莖葉As的含量均顯著低于P1、Si1 處理，P2 處理根系、莖葉中As 含量分別較CK 降低了67.6%和49.2%，Si2 處理根系、莖葉中As含量分別降低了77.4%和60.5%。

圖6 不同處理?xiàng)l件下根系、莖葉生物量和根系、莖葉As含量的變化Figure 6 The change of root and shoot biomass,root and shoot As concentration of wheat

As（Ⅲ）的水培試驗(yàn)結(jié)果充分證實(shí)了晉麥1 號(hào)是As（Ⅲ）相對(duì)敏感品種，一旦環(huán)境中有As（Ⅲ）存在，晉麥1 號(hào)易表現(xiàn)出毒害癥狀，較容易評(píng)價(jià)并能有效控制環(huán)境中的As 元素；晉麥2 號(hào)是As（Ⅲ）相對(duì)耐性品種，對(duì)As 的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和累積能力較強(qiáng)，受As 毒害后產(chǎn)生的毒害癥狀不明顯。作為田間廣泛播種的小麥品種，晉麥2 號(hào)根系吸收的As 向莖葉部分轉(zhuǎn)運(yùn)，莖葉累積的As 進(jìn)而向小麥籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，成為潛在危害。因此，在小麥生長(zhǎng)初期實(shí)施減少小麥As 累積的有效農(nóng)藝措施，控制As向小麥地上部的遷移非常重要。

P、Si肥的添加不僅能增加小麥根系、莖葉的生物量，而且能顯著降低As 含量。P 肥添加后，莖葉總As含量顯著降低，該現(xiàn)象可以從地上部生物量稀釋作用和地上部長(zhǎng)距離運(yùn)輸兩方面進(jìn)行解釋。史高玲等的研究表明，小麥籽粒As 的含量與莖稈中P 的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，P 能有效減少小麥對(duì)As 的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和累積；NORTON 等在水稻研究中也得到了類似的結(jié)論。模擬田間試驗(yàn)的研究表明，隨著土壤溶液氧化還原電位（Eh）的升高，As（Ⅲ）被氧化為As（Ⅴ），磷酸鹽與As（Ⅴ）有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，磷酸鹽抑制小麥對(duì)As（Ⅴ）的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而減少了As 向小麥地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。另外，有研究表明小麥籽粒中含有一定比例的As（Ⅴ），而小麥莖稈中較高的P 含量會(huì)導(dǎo)致籽粒中總As 含量降低，因此也可能因?yàn)镻 是植物必需的大量元素，并且在植物體內(nèi)移動(dòng)性較強(qiáng)。增加P 的吸收和抑制As 的吸收是增加小麥抗As 能力的重要途徑，As（Ⅴ）存在于好氧或氧化環(huán)境中，其可以被土壤中的礦物質(zhì)如鐵的氧化物、氫氧化物吸附，在高磷酸鹽環(huán)境中，As（Ⅴ）會(huì)被大量吸收并留存在植物的木質(zhì)部中；P 能通過(guò)抑制As（Ⅴ）的吸收來(lái)減緩As 對(duì)小麥的毒性，研究表明增加土壤中P 的含量，能顯著降低小麥根系和莖葉中總As含量。P 強(qiáng)烈影響著土壤和生物體中As 的代謝。P 對(duì)植物細(xì)胞中As 的競(jìng)爭(zhēng)吸附使P 肥的施加有效抑制了作物對(duì)As 的吸收和累積；而P 能活化土壤中As的吸附位點(diǎn)，P 肥的增加促進(jìn)了土壤As 的釋放。WU 等將“土壤-植物-微生物”作為一個(gè)整體解釋了頻繁發(fā)生的P-As 交互作用對(duì)系統(tǒng)中As 的轉(zhuǎn)化、遷移所起的關(guān)鍵作用，P 的添加影響了As 的毒性，起到了對(duì)As的控制作用；研究還提出了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將P肥施加在根際土壤中的施肥方式可以降低P 肥對(duì)土壤系統(tǒng)中As的活化作用。

施Si 肥可以競(jìng)爭(zhēng)性地抑制As 在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)。Si 肥不僅能降低水稻籽粒對(duì)As 及其他重金屬元素（如Cd、Pb 和Cr）的吸收，還能增加水稻的產(chǎn)量。DAS等通過(guò)盆栽試驗(yàn)表明Si肥的添加能激發(fā)土壤微生物的功能，不僅有利于水稻的生長(zhǎng)，還能控制As 的生物有效性，減緩As 的毒害。GAO 等通過(guò)田間試驗(yàn)表明了Si 肥對(duì)稻田土壤中微生物的調(diào)節(jié)機(jī)制，Si能顯著影響水稻根際及內(nèi)圈土壤中微生物的多樣性和豐度，將As固定在根系和根際表面，從而降低水稻對(duì)As 的吸收。DYKES 等的研究也表明，Si作為土壤改良劑能促使稻田土壤微生物群落成分的改變，增加甲基化基因的微生物組分，減緩As對(duì)作物的毒害。張世杰等的研究表明，在冬小麥拔節(jié)期葉面施Si 肥兩次，能顯著降低小麥籽粒中As 的含量，Si的添加能有效降低小麥莖葉中的As。Si對(duì)小麥吸收As的抑制作用可能是因?yàn)镾i是植物生長(zhǎng)的有益元素，外源添加Si 促進(jìn)了小麥的生長(zhǎng)，小麥植株生長(zhǎng)旺盛，從而增強(qiáng)了其抵抗重金屬的能力。SIL 等研究發(fā)現(xiàn)Si的增加能構(gòu)建嚴(yán)格的細(xì)胞墻，以用于阻塞根質(zhì)外體中As 的轉(zhuǎn)運(yùn)，這不僅能有效降低小麥苗期根系和莖葉中總As含量，而且增強(qiáng)了抗氧化酶的活性，減輕了氧化活性的影響，從而可以抵抗As 對(duì)小麥的影響，保障小麥的正常生長(zhǎng)。

阻止重金屬?gòu)闹参锔迪蛉~片的轉(zhuǎn)運(yùn)可能是植物對(duì)重金屬耐受性的重要機(jī)理。因此，減少As 從植物根系向莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)是降低As對(duì)小麥毒性的重要途徑。本研究充分表明P、Si 肥的添加減少了小麥根系對(duì)As 的吸收，使根系A(chǔ)s 的累積量減少，向莖葉的轉(zhuǎn)運(yùn)能力降低，減緩了As 對(duì)小麥的毒性。由此可以得出P、Si肥的添加是減少小麥苗期As含量行之有效的農(nóng)藝措施。

3 結(jié)論

（1）晉麥1 號(hào)和晉麥2 號(hào)根系、莖葉對(duì)As（Ⅲ）的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和累積存在差異。兩種小麥莖葉As 的累積主要來(lái)源于根系A(chǔ)s 向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。根系、莖葉生物量的降低與As的累積密切相關(guān)。

（2）晉麥1 號(hào)對(duì)As（Ⅲ）較敏感，易受As 毒害，產(chǎn)生的氧化脅迫生理特征更顯著；晉麥2號(hào)對(duì)As（Ⅲ）耐性較強(qiáng)，累積較多As后不易出現(xiàn)受毒害癥狀，累積的As可能向可食部位轉(zhuǎn)運(yùn)，存在潛在危害。

（3）磷肥、硅肥的添加不僅能增加小麥各組織部位的生物量，還能有效降低As 含量，是減緩As 對(duì)小麥毒害行之有效的農(nóng)藝措施。