張世杰，付 潔，王曉美，何 迪，薛培英，劉文菊

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071000）

砷作為一種類金屬元素廣泛存在于自然界，過量砷暴露對(duì)動(dòng)、植物生長(zhǎng)具有很強(qiáng)毒性，世界衛(wèi)生組織（WHO）把砷列為“人類致癌物質(zhì)”之一，世界癌癥研究中心將無(wú)機(jī)砷劃為Ⅰ級(jí)致癌物[1]。水稻是我國(guó)乃至全球的主糧作物之一。研究發(fā)現(xiàn)，與其他糧食作物相比，水稻對(duì)砷有較強(qiáng)的富集能力，這是由于水稻自身生理特性和淹水條件造成的[2]。水稻砷污染問題日益受到關(guān)注。水稻根施硅肥可以顯著降低水稻對(duì)砷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[3]，還可以降低水稻糙米中無(wú)機(jī)砷含量，以及水稻各部分總砷含量[4]。但根施硅肥，會(huì)增加土壤溶液中砷含量[5]，使水稻暴露在高砷環(huán)境中，增加了水稻砷脅迫的危險(xiǎn)。因此硅作為肥料用在農(nóng)作物增產(chǎn)和提高抗病性等方面，多以葉面施硅為主。

土壤中砷的主要存在形態(tài)有As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、一甲基砷酸鹽[MMA（Ⅴ）]和二甲基砷酸鹽[DMA（Ⅴ）]，其中以無(wú)機(jī)砷為主，有機(jī)砷占土壤總砷比例極低[6-7]。土壤溶液中砷的存在形態(tài)不同，水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)砷的方式和數(shù)量均存在差異。水稻根系通過磷酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)通道吸收As（Ⅴ），As（Ⅲ）主要通過硅酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Lsi1進(jìn)入根系，沒有解離的甲基砷分子也是主要通過根細(xì)胞膜上的水通道蛋白OsNIP2；1（即Lsi1）進(jìn)入水稻根內(nèi)[8]，但其吸收速率遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)砷[9]，尤其是DMA，其分子量較大，被根系吸收的速率最低。砷被吸收后，在水稻體內(nèi)主要通過木質(zhì)部和韌皮部進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。As（Ⅴ）進(jìn)入水稻根系后還原為As（Ⅲ），As（Ⅲ）一方面通過硅酸鹽通道（Lsi2）進(jìn)入木質(zhì)部向莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)，另一方面As（Ⅲ）可外排到外部生長(zhǎng)介質(zhì)中[10-11]。此外，研究表明As（Ⅲ）主要通過韌皮部運(yùn)輸?shù)剿咀蚜Ｖ?，DMA（Ⅴ）由根系轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部的效率很高，除了經(jīng)韌皮部運(yùn)輸至籽粒外，可能存在其他的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑[12-14]。

本小組前期研究表明葉面噴施低濃度的硅既降低了水稻對(duì)As（Ⅲ）的吸收，也抑制了As（Ⅲ）在水稻體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，高硅處理可顯著降低水稻地上部和根部DMA（Ⅴ）濃度[3]，但葉面施硅對(duì)土壤中主要存在的4種形態(tài)砷吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響鮮有報(bào)道。基于此，本研究通過水培試驗(yàn)，探究葉面噴施硅對(duì)暴露在不同形態(tài)砷[As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）]中水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)砷的影響，以期為降低不同形態(tài)砷在水稻體內(nèi)的吸收、積累和轉(zhuǎn)運(yùn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種：Italica carolina（來源于英國(guó)洛桑研究所）。

硅源：Na2SiO3·9H2O（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），配制成濃度為3 mmol·L-1的硅溶液，調(diào)節(jié)pH為7.0～8.0，此時(shí)溶液中硅以 Si（OH）4、SiO（OH）-3形式存在。

1.2 植物培養(yǎng)

選擇顆粒飽滿的水稻種子，在30%過氧化氫中消毒15 min，用超純水清洗干凈，在黑暗條件下催芽。待種子長(zhǎng)至三葉時(shí)，將幼苗轉(zhuǎn)移到盛有營(yíng)養(yǎng)液的PVC罐中，用海綿將水稻植株固定放入培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，海綿與營(yíng)養(yǎng)液不接觸。采用Kimura水稻專用營(yíng)養(yǎng)液配方，其成分見表1。每3 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液。

1.3 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)置As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）4種砷形態(tài)的處理，砷濃度均為5 μmol·L-1。每種砷形態(tài)設(shè)置葉面噴硅的處理和不噴硅的對(duì)照，處理葉面噴施SiO2濃度為3 mmol·L-1的含硅溶液，對(duì)照在葉面噴施等量的清水。水稻在營(yíng)養(yǎng)液中預(yù)培養(yǎng)至6到7葉時(shí)，挑選32株生長(zhǎng)一致的水稻苗移栽至盛有營(yíng)養(yǎng)液的PVC罐中培養(yǎng)2 d，然后將水稻根系用超純水洗凈，將其移栽至配制好的盛有不同形態(tài)砷的營(yíng)養(yǎng)液中（移栽時(shí)須小心，以免破壞水稻根系），用海綿固定水稻，且不能接觸生長(zhǎng)溶液，并用凡士林將海綿露出部分涂勻防止噴施硅過程中散落的含硅液滴入生長(zhǎng)溶液。硅、砷處理48 h后收獲。

表1 水稻營(yíng)養(yǎng)液組成Table 1 Compositions of rice nutrient solution

1.4 樣品的采集與測(cè)定

1.4.1 樣品的采集

處理液的收集：處理之前與處理結(jié)束后，分別取處理液0.5 mL于離心管中，并加入4.5 mL磷酸鹽緩沖液（PBS，包含2 mmol·L-1NaH2PO4和0.2 mmol·L-1Na2-EDTA，pH為5.5），然后過0.22 μm濾膜于新的離心管中，放入冰箱中4℃保存，待測(cè)砷形態(tài)與砷含量。

韌皮部汁液的收集：用干凈的刀片，在距離根基處約3 cm，快速切斷莖稈，用超純水清洗莖切口，脫脂棉吸莖部表面水分，插入含有10 mL 25 mmol·L-1的Na2-EDTA溶液中，并放置于培養(yǎng)箱中24 h[15]，將收集的韌皮部汁液貯于-80℃超低溫冰箱中待測(cè)。整個(gè)收集過程始終保持在黑暗的人工培養(yǎng)箱中進(jìn)行，培養(yǎng)箱中的相對(duì)濕度為95%，溫度為25℃。

木質(zhì)部汁液的收集：在剪斷的莖上倒扣2 mL的離心管（裝有約0.2 g脫脂棉）來收集木質(zhì)部汁液，收集1 h后稱重，計(jì)算收集的木質(zhì)部的體積，然后用0.5 mL濃度為0.1%HNO3將脫脂棉上砷洗脫下來，并稀釋至1 mL[16]，將收集的木質(zhì)部汁液貯于-80℃超低溫冰箱中待測(cè)。

地上部與根部樣品的收集：將收集完韌皮部的水稻莖用超純水清洗，表面水分用吸水紙吸干，稱重，然后將地上部用錫箔紙包住，放入液氮中暫時(shí)保存；水稻根用超純水沖洗3～5次，放入解吸附溶液（包含1 mmol·L-1K2HPO4，0.5 mmol·L-1Ca（NO3）2和 5 mmol·L-1MES，pH為5.5）中浸泡10 min，去除根系表面吸附的砷，超純水洗凈根，稱重，將根用錫箔紙包住，放入液氮中暫時(shí)保存。最后將液氮中的莖和根樣品轉(zhuǎn)移到超低溫冰箱中保存待測(cè)。

1.4.2 樣品的測(cè)定

地上部與根部砷形態(tài)的提取：將水稻地上部和根系樣品于研缽中加液氮研磨至粉末狀，稱取一定量樣品（地上部：0.200 0 g左右，根系：0.050 0 g左右），加入10 mL磷酸鹽緩沖液（2 mmol·L-1NaH2PO4和0.2 mmol·L-1Na2-EDTA），在4 ℃下超聲提取1 h；提取完成后，提取液依次經(jīng)42號(hào)Whatman濾紙、0.22 μm濾膜過濾[17]，最后用高效液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀進(jìn)行砷形態(tài)測(cè)定。

砷形態(tài)的分離與測(cè)定：營(yíng)養(yǎng)液、韌皮部與木質(zhì)部汁液、地上部與根部樣品中砷形態(tài)采用高效液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀進(jìn)行測(cè)定。砷形態(tài)利用陰離子交換色譜柱（Hamilton PRP-X100）來進(jìn)行分離，流動(dòng)相包含 5 mmol·L-1Na2HPO4和 5 mmol·L-1KH2PO4，pH調(diào)節(jié)為5.92，其經(jīng)過色譜柱的速率為1 mL·min-1。陰離子交換色譜柱的出口連接到AFS，各砷形態(tài)在8 min之內(nèi)分離、測(cè)定。

木質(zhì)部與韌皮部汁液中總砷的測(cè)定：用移液槍吸取木質(zhì)部汁液0.5 mL，韌皮部汁液2 mL，采用原子熒光光度計(jì)（AFS 9600，北京海光分析儀器公司）測(cè)定其總砷含量。

地上部與根部總砷的測(cè)定：采用高壓悶罐消解法進(jìn)行水稻地上部和根系的提取[18]，其具體步驟為，稱取地上部樣品0.200 0 g左右（根系樣品0.100 0 g左右），放置于聚四氟乙烯內(nèi)膽中，向內(nèi)膽中加入5 mL優(yōu)級(jí)純濃硝酸，蓋上蓋子放置過夜，次日將內(nèi)膽裝入外膽中，然后放入不銹鋼外套中，將蓋子旋緊，然后放置于烘箱中進(jìn)行悶罐消解。具體消解過程如下，首先將溫度升高至100℃，并保持1 h，然后升溫至140℃，保持4 h。悶罐冷卻后將內(nèi)膽取出放置在加熱板上進(jìn)行趕酸，升高溫度至140℃，待內(nèi)膽中消煮液剩余約1 mL左右，停止趕酸。冷卻后將內(nèi)膽中消煮液轉(zhuǎn)移至10 mL比色管中，用超純水清洗內(nèi)膽內(nèi)壁并定容，之后將比色管中消解液轉(zhuǎn)移至10 mL離心管，最后置于冰箱4℃冷藏保存待測(cè)?？瞻缀蜆?biāo)準(zhǔn)樣品的操作與樣品操作相同，以確保消煮前處理及測(cè)定的準(zhǔn)確度。最后用原子熒光分光光度計(jì)測(cè)定消解液中的總砷。

1.5 數(shù)據(jù)分析

水稻砷吸收能力的計(jì)算：一般用Specific Arsenic Uptake（SAU）作為指標(biāo)來評(píng)價(jià)根系對(duì)砷的吸收能力，即用植物吸收的砷總量與其根鮮重的比值表示[19]。

采用Microsoft Office Excel 2007和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、顯著性檢驗(yàn)以及多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面施硅對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)不同形態(tài)砷的影響

表2為不同砷形態(tài)處理下，葉面施硅對(duì)水稻地上部和根系砷含量影響。水稻根中砷濃度是砷吸收和砷轉(zhuǎn)運(yùn)共同作用的結(jié)果。由表2可知，不論水稻葉面是否施硅，水稻根中砷濃度高低順序?yàn)镸MA（Ⅴ）處理＞As（Ⅲ）處理＞As（Ⅴ）處理＞DMA（Ⅴ）處理，且不施硅處理下，MMA（Ⅴ）處理水稻根中砷含量顯著高于其他處理（P＜0.05）；葉面施硅處理下，MMA（Ⅴ）處理水稻根中砷含量顯著高于As（Ⅴ）處理和DMA（Ⅴ）處理（P＜0.05），與As（Ⅲ）處理相比差異不顯著，但根中砷含量仍比As（Ⅲ）處理高12.19%。不論何種砷形態(tài)下，葉面施硅處理的水稻根系中砷含量均出現(xiàn)不同程度的下降。其中As（Ⅴ）、MMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅水稻根中砷含量顯著低于對(duì)照，降幅分別為26.16%、35.32%（P＜0.05）；As（Ⅲ）和DMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅水稻根系中砷含量與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05），但仍比對(duì)照降低了14.73%和22.85%。

水稻根系吸收砷后，砷首先進(jìn)入根細(xì)胞，之后經(jīng)木質(zhì)部被轉(zhuǎn)移至地上部，因此，水稻莖葉中砷濃度是砷轉(zhuǎn)運(yùn)作用的結(jié)果。不同砷形態(tài)處理的水稻在葉面施硅處理48 h后，地上部砷濃度呈現(xiàn)較大差異（表2）。不論葉面是否施硅，水稻地上部砷濃度排序?yàn)锳s（Ⅲ）處理＞As（Ⅴ）處理＞MMA（Ⅴ）處理＞DMA（Ⅴ）處理，且As（Ⅲ）處理地上部砷含量均顯著高于其他處理。As（Ⅲ）和As（Ⅴ）處理下，葉面施硅后，水稻地上部砷濃度顯著低于對(duì)照（P＜0.05），降幅分別為23.03%和42.98%；MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）處理下葉面施硅水稻地上部砷含量與對(duì)照相比雖然差異不顯著（P＞0.05），但仍分別比對(duì)照降低了21.20%和8.57%。

表3為不同砷形態(tài)處理下，葉面施硅對(duì)水稻As吸收能力和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。結(jié)果顯示，不論何種砷形態(tài)處理，葉面施硅處理均可降低水稻對(duì)砷的吸收能力。其中As（Ⅴ）、MMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅水稻對(duì)砷的吸收顯著低于對(duì)照，降幅分別為29.08%、35.17%（P＜0.05）；As（Ⅲ）和DMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅水稻對(duì)砷的吸收能力與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05），但仍比對(duì)照降低了12.86%和18.90%。此外，不同砷形態(tài)處理下，水稻根系對(duì)不同形態(tài)砷的吸收能力不同，不施硅處理下，水稻根系對(duì)不同形態(tài)砷的吸收能力排序?yàn)镸MA（Ⅴ）＞As（Ⅲ）＞As（Ⅴ）＞DMA（Ⅴ），MMA（Ⅴ）處理水稻對(duì)砷的吸收能力顯著高于其他處理（P＜0.05）；葉面施硅處理下，水稻根系對(duì)不同形態(tài)砷的吸收能力排序?yàn)?As（Ⅲ）＞MMA（Ⅴ）＞As（Ⅴ）＞DMA（Ⅴ），As（Ⅲ）處理和MMA（Ⅴ）處理水稻對(duì)砷的吸收能力顯著高于As（Ⅴ）處理和DMA（Ⅴ）處理（P＜0.05）。

不同砷形態(tài)處理下水稻根系向地上部的遷移能力不同，用地上部砷濃度與根系中的砷濃度比值來計(jì)算水稻體內(nèi)將砷從根系轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，比值越大表明水稻對(duì)砷的運(yùn)移能力越強(qiáng)。由表3可知，不論水稻葉面是否施硅，水稻體內(nèi)4種砷形態(tài)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力排序?yàn)镈MA（Ⅴ）＞As（Ⅲ）＞As（Ⅴ）＞MMA（Ⅴ），這說明DMA（Ⅴ）可以高效地向地上部運(yùn)輸。葉面施硅后，不同形態(tài)砷在水稻中轉(zhuǎn)移系數(shù)與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05），其中As（Ⅲ）、MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅后水稻轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)分別比對(duì)照增加了5.94%、22.10%和29.03%，As（Ⅴ）處理下，葉面施硅后水稻轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)比對(duì)照降低了21.16%。

表2 葉面施硅對(duì)不同砷形態(tài)處理下水稻地上部和根砷含量的影響（mg·kg-1）Table 2 Effects of foliar application of Si on arsenic concentrations in the shoots and roots of rice（mg·kg-1）

表3 葉面施硅對(duì)水稻As吸收能力和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 3 Effects of foliar application of Si on arsenic specific uptake and translocation from root to shoot

2.2 葉面施硅對(duì)不同形態(tài)砷在水稻體內(nèi)賦存形態(tài)及含量的影響

圖1和圖2分別表示不同砷形態(tài)處理下，葉面施硅對(duì)水稻根系和地上部砷形態(tài)含量的影響。As（Ⅲ）處理下，不論是否施硅，水稻地上部和根系中砷形態(tài)主要是As（Ⅲ），分別占水稻各部位總砷的77.82%～79.94%和97.34%～97.87%；還有少量As（Ⅴ），分別占水稻各部位總砷的12.55%～19.78%、4.69%～5.24%，沒有檢測(cè)到MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）的生成；葉面施硅水稻根系中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）含量與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05），但As（Ⅲ）降低了11.64%；地上部As（Ⅲ）和As（Ⅴ）含量與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05），但分別比對(duì)照降低10.82%和27.31%。

As（Ⅴ）處理下，不論施硅與否，水稻地上部和根中砷形態(tài)主要是As（Ⅲ），分別占水稻各部位總砷的70.01%～81.93%和97.11%～97.63%；還有少量As（Ⅴ），分別占水稻各部位總砷的14.81%～18.05%、2.37%～3.85%，沒有檢測(cè)到甲基砷的存在（圖1和圖2）。As（Ⅴ）處理下，葉面施硅水稻根中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）含量與對(duì)照相比分別降低了23.32%、55.30%；地上部As（Ⅲ）含量比對(duì)照顯著降低32.60%（P＜0.05），As（Ⅴ）含量與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05）。

MMA（Ⅴ）處理的水稻體內(nèi)只有MMA（Ⅴ），沒有檢測(cè)到其他砷形態(tài)（圖1和圖2）。葉面施硅顯著降低了水稻根系中MMA（Ⅴ）含量，降幅為30.61%，說明葉面施硅可顯著抑制水稻根系對(duì)MMA（Ⅴ）的吸收；水稻地上部MMA（Ⅴ）含量也有所降低，降幅為14.93%。

無(wú)論是否施硅，在DMA（Ⅴ）處理的水稻體內(nèi)只有DMA（Ⅴ），沒有檢測(cè)到其他砷形態(tài)（圖1和圖2）。葉面施硅可以降低水稻中DMA（Ⅴ）含量，但差異不顯著（P＞0.05），說明葉面施硅對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)DMA（Ⅴ）沒有明顯影響。

2.3 葉面施硅對(duì)水稻木質(zhì)部和韌皮部砷形態(tài)的影響

圖1 葉面施硅對(duì)無(wú)機(jī)砷和甲基砷處理下水稻根中砷形態(tài)含量的影響Figure 1 Effects of foliar application of Si on arsenic speciation concentrations in rice roots under different arsenic species treatments

圖2 不同砷形態(tài)處理下葉面施硅水稻地上部不同砷形態(tài)含量Figure 2 Effects of foliar application of Si on arsenic speciation concentrations in rice shoots under different arsenic species treatment

葉面施硅可以降低水稻木質(zhì)部不同砷形態(tài)含量（圖3）。As（Ⅲ）和As（Ⅴ）處理下，水稻莖葉木質(zhì)部汁液中均含有As（Ⅲ）和As（Ⅴ），且以As（Ⅲ）為主，未檢測(cè)到有機(jī)砷存在。As（Ⅲ）處理下，葉面施硅水稻木質(zhì)部汁液中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）均低于對(duì)照，但差異不顯著（P＞0.05）；As（Ⅴ）處理下，葉面施硅木質(zhì)部汁液中As（Ⅲ）比對(duì)照顯著低39.04%（P＜0.05），As（Ⅴ）含量與對(duì)照相比差異不顯著。MMA（Ⅴ）處理下，木質(zhì)部汁液中只檢測(cè)到MMA（Ⅴ），葉面施硅木質(zhì)部汁液中MMA（Ⅴ）含量低于對(duì)照，但差異不顯著。DMA（Ⅴ）處理下，木質(zhì)部汁液中分別只檢測(cè)到DMA（Ⅴ），葉面施硅木質(zhì)部汁液中DMA（Ⅴ）含量低于對(duì)照，但差異不顯著。

圖3 不同砷形態(tài)處理下葉面施硅對(duì)水稻木質(zhì)部砷形態(tài)影響Figure 3 Effects of foliar application of Si on arsenic speciation in rice xylem sap under different arsenic species treatments

葉面施硅后不同砷形態(tài)處理水稻韌皮部汁液中砷形態(tài)及含量見圖4。As（Ⅲ）和As（Ⅴ）處理下，韌皮部汁液中只檢測(cè)到As（Ⅲ），未檢測(cè)到As（Ⅴ）和有機(jī)砷，這說明五價(jià)砷被根系吸收，只有一小部分沒有被還原為三價(jià)砷，而是以五價(jià)砷的形式運(yùn)往地上部，然后在地上部行使其功能，很少有五價(jià)砷裝載進(jìn)入韌皮部向下運(yùn)輸，這也是為什么在木質(zhì)部可以檢測(cè)到五價(jià)砷而韌皮部沒有檢測(cè)到五價(jià)砷的原因。As（Ⅲ）處理下，葉面施硅韌皮部汁液中As（Ⅲ）含量高于對(duì)照，As（Ⅴ）處理下，葉面施硅韌皮部汁液中As（Ⅲ）含量低于對(duì)照，但差異均不顯著（P＞0.05）。MMA（Ⅴ）處理下，水稻韌皮部汁液中同時(shí)存在As（Ⅲ）和MMA（Ⅴ），葉面施硅水稻韌皮部汁液中As（Ⅴ）含量與對(duì)照差異不顯著，但MMA（Ⅴ）含量顯著高于對(duì)照15.14%（P＜0.05）。DMA（Ⅴ）處理下，水稻韌皮部汁液中只檢測(cè)到DMA（Ⅴ），葉面施硅韌皮部汁液中DMA（Ⅴ）含量低于對(duì)照，但差異不顯著（P＞0.05），DMA（Ⅴ）處理下水稻韌皮部汁液中DMA（Ⅴ）含量高于其他處理韌皮部不同砷形態(tài)含量。不論施硅與否，韌皮部不同砷形態(tài)含量排序?yàn)镈MA（Ⅴ）＞As（Ⅲ）＞MMA（Ⅴ）＞As（Ⅴ）。

圖4 不同砷形態(tài)處理下葉面施硅對(duì)水稻韌皮部砷形態(tài)影響Figure 4 Effects of foliar application of Si on arsenic speciation in rice phloem sap under different arsenic species treatments

3 討論

不同形態(tài)砷的化學(xué)性質(zhì)不同，植物根系對(duì)它們的吸收機(jī)理也不同。研究[16]表明，水稻根系對(duì)不同砷形態(tài)吸收排序?yàn)椋篈s（Ⅲ）＞MMA（Ⅴ）＞As（Ⅴ）＞DMA（Ⅴ），而本研究結(jié)果顯示，不論施硅與否，水稻根系對(duì)不同砷形態(tài)吸收能力排序?yàn)镸MA（Ⅴ）＞As（Ⅲ）＞As（Ⅴ）＞DMA（Ⅴ），這可能是因?yàn)樗酒贩N的不同而導(dǎo)致的吸收差異，且葉面施硅可顯著降低水稻對(duì)As（Ⅴ）和MMA（Ⅴ）的吸收；但水稻對(duì)不同砷形態(tài)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)排序?yàn)镈MA（Ⅴ）＞As（Ⅲ）＞As（Ⅴ）＞MMA（Ⅴ），說明MMA（Ⅴ）雖然可以被水稻根系大量吸收，但向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)很少，DMA（Ⅴ）被水稻根系吸收得少，但可高效地運(yùn)移至地上部。

As（Ⅲ）和As（Ⅴ）處理下，砷在水稻地上部與根系主要以As（Ⅲ）形式存在，MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）處理下，砷在水稻地上部和根系分別以MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）形式存在，這與前人研究結(jié)果[16]一致。硅在水稻的生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著極其重要的作用[20]。葉面施硅可以降低重金屬對(duì)水稻的毒害作用，抑制水稻籽粒對(duì)重金屬的累積[21-22]，減少重金屬經(jīng)食物鏈對(duì)人體產(chǎn)生的危害。本研究結(jié)果表明，As（Ⅲ）處理下，葉面施硅可降低水稻地上部與根系中砷含量，這可能是因?yàn)槿~面施硅后，硅通過韌皮部向地上部和根系運(yùn)輸，與砷競(jìng)爭(zhēng)硅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)通道Lsi1和Lsi2，從而降低水稻地上部和根系砷濃度；As（Ⅴ）處理下，葉面施硅可顯著降低水稻根系和地上部砷含量，一方面可能是因?yàn)樘砑油庠垂柙黾恿怂緦?duì)P的吸收[23-25]，而As（Ⅴ）與P共用磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，葉面施硅后，硅通過韌皮部運(yùn)輸?shù)礁抵校黾恿怂緦?duì)營(yíng)養(yǎng)液中P的吸收，從而減少了根系對(duì)As（Ⅴ）吸收；另一方面可能是因?yàn)锳s（Ⅴ）進(jìn)入水稻根系后會(huì)轉(zhuǎn)化為As（Ⅲ），并通過硅酸鹽通道Lsi2向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)[10-11]，葉面施硅后，硅與As（Ⅲ）競(jìng)爭(zhēng)Lsi2，從而減少As（Ⅲ）的轉(zhuǎn)運(yùn)，使水稻地上部砷含量降低。MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅可降低地上部和根系MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）含量，甲基砷可能是通過水通道蛋白Lsi1進(jìn)到水稻[8]，葉面施硅后硅下移到根部與MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）競(jìng)爭(zhēng)吸收通道Lsi1，從而減少了水稻中MMA（Ⅴ）和DMA（Ⅴ）含量；本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，水稻根中DMA（Ⅴ）含量很低，這可能是DMA（Ⅴ）快速的外排作用或者快速遷移至地上部造成的[16]。

有研究表明，木質(zhì)部是無(wú)機(jī)砷由根系向地上部運(yùn)輸?shù)闹饕緩絒26]，As（Ⅲ）在水稻木質(zhì)部移動(dòng)性較強(qiáng)[27-28]，本研究結(jié)果顯示，在As（Ⅲ）和As（Ⅴ）處理下，水稻木質(zhì)部As（Ⅲ）和As（Ⅴ）共存，并且以As（Ⅲ）為主，與前人研究結(jié)果[16]一致，葉面施硅可不同程度降低木質(zhì)部As（Ⅲ）含量，這可能是因?yàn)楣钑?huì)和As（Ⅲ）競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)運(yùn)通道Lis2，進(jìn)而抑制了水稻體內(nèi)木質(zhì)部砷的轉(zhuǎn)運(yùn)。與無(wú)機(jī)砷相比，甲基砷[尤其是DMA（Ⅴ）]在木質(zhì)部和韌皮部的移動(dòng)性要高得多[16]。本研究結(jié)果也顯示，雖然水稻根中DMA（Ⅴ）含量很低，但韌皮部DMA（Ⅴ）濃度及其地上部含量卻相對(duì)升高。此外，還有一個(gè)有意思的現(xiàn)象是根對(duì)MMA（Ⅴ）的吸收能力在4種砷形態(tài)中最強(qiáng)，但是MMA（Ⅴ）轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最低，而根對(duì)DMA（Ⅴ）的吸收能力在4種砷形態(tài)中最弱，但是DMA（Ⅴ）轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高，水稻幼苗對(duì)二者的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力正好相反。在吸收能力方面，轉(zhuǎn)運(yùn)通道Lis1對(duì)DMA（Ⅴ）的吸收顯著低于MMA（Ⅴ），至于DMA（Ⅴ）從根到地上部高效轉(zhuǎn)運(yùn)的原因目前還不清楚，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）不論何種砷形態(tài)處理，葉面施硅均可降低水稻對(duì)砷的吸收和累積；As（Ⅴ）、MMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅顯著降低了水稻對(duì)砷的吸收，降幅分別為29.08%、35.17%（P＜0.05）；As（Ⅲ）和 DMA（Ⅴ）處理下，葉面施硅處理與對(duì)照相比水稻對(duì)砷的吸收能力降低了12.86%和18.90%。

（2）不論葉面是否施硅，水稻對(duì)4種砷形態(tài)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力為DMA（Ⅴ）＞As（Ⅲ）＞As（Ⅴ）＞MMA（Ⅴ），這說明DMA（Ⅴ）向地上轉(zhuǎn)運(yùn)的能力很強(qiáng)。但是，葉面施硅后不同形態(tài)砷的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與對(duì)照相比差異不顯著（P＞0.05），即葉面噴施硅48 h內(nèi)并沒有顯著影響不同形態(tài)砷在水稻中的轉(zhuǎn)運(yùn)。