司 勇 ，王麗紅 ，周 青 ，4*

（1.江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；2.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；3.皖西學(xué)院環(huán)境與旅游學(xué)院，安徽 六安 237012；4.蘇州科技大學(xué)江蘇省水處理技術(shù)和材料合作創(chuàng)新中心，江蘇 蘇州 215009）

植硅體（Phytolith）也稱植物蛋白石，是沉積在各種植物組織細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙和細(xì)胞腔中的一種無(wú)定型水合硅[1]。植硅體能夠包裹植物的活細(xì)胞器，例如葉綠體、線粒體、質(zhì)粒或其他的細(xì)胞器[2]。前人利用植硅體包裹碳作為安全碳匯并提出許多有效管理未來(lái)氣候變化的方法[3]。植硅體是植物體內(nèi)的膠體硅通過(guò)發(fā)生聚合作用而形成，與植物的硅吸收聯(lián)系密切。盡管硅（Silicon）不是高等植物必需的基本元素，但其幾乎存在于所有的植物種類中[4]，對(duì)控制植物疾病非常有效，能增加葉、莖、葉鞘等器官的抵抗能力[5]，并且能緩解化學(xué)脅迫（如鹽、金屬毒害、營(yíng)養(yǎng)失衡等）和物理脅迫（如干旱、輻射、高溫、低溫、UV等）[4-7]。此外，硅能改進(jìn)植物葉片的光截獲能力，從而激發(fā)冠層光合作用[5]。這些有益影響都?xì)w結(jié)于植物根對(duì)硅的吸收能力[8]。

稀土元素在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[9]。人類對(duì)稀土資源日益增加的需求，引發(fā)了稀土元素在環(huán)境中的持續(xù)釋放[9]，從而加速稀土元素在環(huán)境中的積累[10]。與其他稀土元素相比，鑭（Lanthanum）的數(shù)量在微肥和環(huán)境中較多[11]，因而大量的毒理研究集中在植物對(duì)鑭的吸收方面。生理研究顯示，鑭對(duì)植物生理功能具有“低促高抑”效應(yīng)（Hormesis），如低濃度（如30～35 μmol·L-1LaCl3）促 進(jìn) 辣 根（Armoracia rusticana Gaertn.）細(xì)胞伸長(zhǎng)，高濃度（大于80 μmol·L-1LaCl3）抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)甚至破壞細(xì)胞[12]。鑭可調(diào)控菜豆（Phaseo?lus vulgaris Linn.）和玉米（Zea mays L.）過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）[13]活性，降低丙二醛（MDA）含量，維持膜透性及光合能力，減輕鎘（Cd）對(duì)2種作物脅迫傷害。鑭還能以胞吞作用影響鈣調(diào)蛋白（CaM）的表達(dá)[14]，阻礙鑭在細(xì)胞間和器官間有效運(yùn)輸。

水稻（Oryza sativa L.）是典型的硅高積累作物，其硅含量是植物大量營(yíng)養(yǎng)元素如氮、磷、鉀等的幾倍甚至更高[4-5]。水稻各種器官中硅的高積累主要源自根硅內(nèi)流（Lsi1）和外流（Lsi2）載體對(duì)硅的主動(dòng)運(yùn)輸。如果敲除Lsi1和Lsi2，水稻的硅吸收會(huì)顯著減少[15]。水稻Lsi1和Lsi2均可編碼一種水通道蛋白，兩者編碼的蛋白分別擁有6個(gè)和11個(gè)橫跨膜區(qū)域[16-17]。植物植硅體會(huì)包裹受到鑭污染的活細(xì)胞物質(zhì)，將鑭元素吸附在表面或固定在內(nèi)部[18]。這可能會(huì)影響植物體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、能量交換和信息傳遞等一系列功能實(shí)現(xiàn)。目前，外源鑭與植物植硅體鑭固定之間的關(guān)系還不清晰，植硅體在植物鑭固定中的作用鮮有報(bào)道。本研究采用微波消解和實(shí)時(shí)PCR等一系列方法，考察鑭和硅對(duì)水稻根、莖和葉植硅體鑭固定的影響，以及對(duì)稻根基因絕對(duì)定量表達(dá)的影響，探討植硅體鑭固定的原因，為深入理解植硅體對(duì)植物鑭的減毒機(jī)制，以及客觀評(píng)價(jià)稀土污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和農(nóng)作物的食品安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 試材培養(yǎng)與處理

在可控條件溫室（Rheem puffer hubbard environ?mentalTM，美國(guó)）中開展水培實(shí)驗(yàn)。供試水稻種子為淮稻8號(hào)。種子用3%（V/V）雙氧水消毒20 min，去離子水沖洗若干次并浸種24 h后，置于恒溫培養(yǎng)箱28℃萌發(fā)48 h。萌發(fā)后種子播種于裝有石英砂的塑料容器（5 L），并灌入1/2高度Hoagland營(yíng)養(yǎng)液?？煽販厥夜鈴?qiáng)為 400 μmol·m-2·s-1，光照時(shí)長(zhǎng) 13 h（光）/11 h（暗），相對(duì)濕度為70%～80%，晝溫35℃，夜溫25℃。待長(zhǎng)至兩葉一心時(shí)，將幼苗移栽至5 L塑料容器中，每個(gè)容器栽種96株，添加4 L營(yíng)養(yǎng)液，每2 d更換營(yíng)養(yǎng)液一次。3 d后開始添加有效硅（NaSiO3·9H2O，表示為Si）和有效鑭[LaCl3，La（Ⅲ）]。培養(yǎng)液pH保持5.5?；诋?dāng)前全球土壤中鑭水平[9，19]和土壤中單硅酸水平[20]，實(shí)驗(yàn)設(shè)置9個(gè)處理：對(duì)照（CK）、Si 15 mg·L-1、Si 210 mg·L-1、La（Ⅲ）20 mg·L-1、La（Ⅲ）300 mg·L-1、15 mg·L-1Si+20 mg·L-1La（Ⅲ）、15 mg·L-1Si+300 mg·L-1La（Ⅲ）、210 mg·L-1Si+20 mg·L-1La（Ⅲ）、210 mg·L-1Si+300 mg·L-1La（Ⅲ）；用NaOH溶液與體積比為3∶1的H2SO4和HNO3的混合溶液調(diào)制pH至5.5。每2 d用1 mmol·L-1KH2PO4溶液噴灑葉部，以補(bǔ)充磷素。每3 d換一次含硅和鑭的無(wú)磷營(yíng)養(yǎng)液。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

1.2 植硅體含量與形態(tài)測(cè)定

待測(cè)植物器官和種子用超聲波浴清洗15 min，再用超純水沖洗若干次。將樣品置于恒溫鼓風(fēng)干燥箱，105℃烘干20 min，然后降為75℃烘至恒質(zhì)量。烘干后樣品需粉碎待測(cè)。

提取植硅體用微波消解方法[21]，并用Walkley-Black type digest方法處理[22]。植硅體用鼓風(fēng)恒溫干燥箱75℃烘干至恒質(zhì)量，用事先稱質(zhì)量的離心管密封并稱量以計(jì)算植硅體含量。植硅體含量計(jì)算方法見公式（1），并參見文獻(xiàn)[1，18]。

植硅體形態(tài)分析使用Lu等[23]描述的熱消解方法，從植物消解液中取5 μL均勻一致的液體，用中性樹脂制成固定玻片，用光學(xué)顯微鏡觀察代表性植硅體形態(tài)[24]。

1.3 元素測(cè)定

樣品（植硅體或植物）置于高純石墨坩堝，均勻混入偏硼酸鋰（BLiO2，無(wú)水，純度99.99%），置于馬弗爐灰化[18]。溫控過(guò)程參見文獻(xiàn)[18]。冷卻后，灰分用稀硝酸溶解，期間用磁力攪拌器縮短溶解時(shí)間。樣品鑭含量和硅含量分別用電感耦合等離子發(fā)射光譜（ICPAES）和鉬藍(lán)比色法測(cè)定[25]。用土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07405，GSS-5）和植物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 07603，GSV-2）監(jiān)控，誤差率＜5%。水稻植硅體La含量為L(zhǎng)a（Ⅲ）在植硅體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%，wt）。水稻器官植硅體La含量（PhytLa content of organs，PLCO，%）計(jì)算方法見公式（2），并參見文獻(xiàn)[18]，式中植硅體含量用公式（1）計(jì)算得出。植硅體鑭固定能力（Sequestration ability of phytoliths on La，PLSA）用 PLCO與 La含量（%）比值估算，計(jì)算方法見公式（3），并參見文獻(xiàn)[18]。其中，植硅體La含量和La含量分別為植硅體和植物稀硝酸溶解液的ICP-AES實(shí)測(cè)值。

1.4 基因絕對(duì)表達(dá)量測(cè)定

實(shí)時(shí)熒光定量法（RT-PCR）檢測(cè)稻根基因（Lsi1和Lsi2）的絕對(duì)定量水平[16-17]?；驕y(cè)序公司：上海美吉生物醫(yī)療有限公司。RNA提取：上海美吉生物柱式植物總RNA抽提純化試劑盒（SK8661）。反轉(zhuǎn)錄：上海美吉生物第一鏈cDNA合成試劑盒（SK2445）。RT-PCR反應(yīng)體系（10 μL反應(yīng)體系）如下：1 μL cDNA（×10）；7.4 μL ddH2O；0.8 μL引物-F；0.8 μL引物-R（引物見表1）。加好樣的孔板放在定量PCR儀（ASI 7500，杭州朗基科學(xué)儀器有限公司）中進(jìn)行反應(yīng)：95℃反應(yīng)5 min，95℃反應(yīng)5 s，55℃反應(yīng)30 s，72℃反應(yīng)40 s，40個(gè)循環(huán)。最后測(cè)出各目的基因的絕對(duì)表達(dá)量。

表1 目的基因的引物序列Table 1 The primer sequence of the target genes

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

使用One-way ANOVA方法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，并用Duncan′s multiple range test方法分析處理組間的差異顯著性。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和做圖利用Excel和SPSS軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 鑭對(duì)水稻幼苗各器官植硅體Si/La和植硅體Si含量的影響

La（Ⅲ）對(duì)水稻植硅體Si/La和植硅體Si含量的影響見圖1。與CK相比，葉、莖和根中的植硅體Si/La伴隨鑭濃度升高均顯著下降。當(dāng)鑭濃度為20 mg·L-1時(shí)，與CK相比，各器官植硅體Si/La下降幅度順序?yàn)楦救~＞莖；而當(dāng)鑭濃度為300 mg·L-1時(shí)，與CK相比各器官植硅體Si/La的下降幅度順序?yàn)楦厩o＞葉。與植硅體Si/La變化趨勢(shì)相反，根、莖和葉植硅體Si含量均伴隨鑭濃度增加而遞增。當(dāng)鑭濃度為20 mg·L-1時(shí)，與CK相比，各器官植硅體Si含量增加幅度差別不顯著；而當(dāng)鑭濃度為300 mg·L-1時(shí)，各器官植硅體Si含量增加幅度順序則為根＞莖＞葉。

此外，本研究還將文獻(xiàn)[26]中植硅體SiO2含量轉(zhuǎn)換為植硅體Si含量，并將文獻(xiàn)[26]植硅體Si含量與其Si含量相比，結(jié)合本研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖2所示。結(jié)果顯示，文獻(xiàn)[26]中莖的植硅體Si含量與Si含量比值顯著大于葉，而本研究不同器官植硅體Si含量與Si含量比值從大到小排序?yàn)楦厩o＞葉；另外，圖中本研究數(shù)據(jù)略低于文獻(xiàn)[26]。

2.2 鑭和硅對(duì)水稻幼苗各器官PLSA的影響

圖1 La（Ⅲ）對(duì)水稻幼苗各器官植硅體Si/La和植硅體Si含量的影響Figure 1 Variation of phytolith Si/La and phytolith Si content in the combined treatments with different La level in various rice seedlings′tissues

La（Ⅲ）和SiO2對(duì)水稻PLSA影響如圖3所示。（1）與CK相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）使水稻幼苗葉、根中PLSA增加，莖中PLSA減少，300 mg·L-1La（Ⅲ）則使PLSA均減少。與CK相比，15 mg·L-1SiO2和210 mg·L-1SiO2均使葉、莖、根中PLSA增加；（2）與CK、15 mg·L-1SiO2處理相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組葉、莖、根中PLSA均顯著增加。20 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組葉和莖PLSA均高于20 mg·L-1La（Ⅲ）處理，根則相反。與CK相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組PLSA均顯著增加。20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組葉和莖高于20 mg·L-1La（Ⅲ）處理，根PLSA則相反。與210 mg·L-1SiO2處理相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組的莖PLSA增加，葉和根中PLSA 則均下降；（3）300 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組的葉、莖PLSA低于CK，根PLSA高于CK。300 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組3種器官PLSA都高于300 mg·L-1La（Ⅲ）處理，低于15 mg·L-1SiO2處理。300 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組的葉和根PLSA顯著高于CK，莖PLSA則顯著低于CK。300 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組3種器官PLSA均高于300 mg·L-1La（Ⅲ）處理，葉、莖PLSA均顯著低于210 mg·L-1SiO2處理，而根則相反。

圖2 水稻各器官植硅體Si含量與Si含量的比值Figure 2 Variation of the ratio of phytolith Si content and Si content in different parts of rice

2.3 鑭和硅對(duì)水稻幼苗葉啞鈴形植硅體形態(tài)的影響

水稻器官中啞鈴型植硅體居多。SiO2和La（Ⅲ）對(duì)葉啞鈴型植硅體形態(tài)特征的影響如圖4。（1）與CK相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）使水稻幼苗葉植硅體變大，而300 mg·L-1La（Ⅲ）則使其變小，并且形狀趨向于不規(guī)則。與CK相比，15 mg·L-1SiO2使葉植硅體變大，而210 mg·L-1SiO2反而使其變小，但排列更加規(guī)則有序，密度增加。（2）與CK、La（Ⅲ）和SiO2單一處理相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組植硅體變??；而20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組植硅體較CK和210 mg·L-1SiO2組尺寸變大，但與20 mg·L-1La（Ⅲ）組相比變化不顯著。（3）300 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組植硅體尺寸大于CK和300 mg·L-1La（Ⅲ）組，但小于15 mg·L-1SiO2組。另外，300 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組植硅體尺寸均比CK、300 mg·L-1La（Ⅲ）組和210 mg·L-1SiO2組大。

2.4 硅和鑭對(duì)水稻幼苗根Lsi1和Lsi2表達(dá)的影響

La（Ⅲ）和SiO2對(duì)水稻幼苗根運(yùn)載體Lsi1和Lsi2基因表達(dá)的影響如圖5所示。（1）與CK相比，15 mg·L-1SiO2使根Lsi1和Lsi2表達(dá)水平顯著減少，210 mg·L-1SiO2使Lsi1顯著增加，而Lsi2變化不大。與CK相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）雖然使Lsi1表達(dá)水平略微增加，但卻使Lsi2顯著下降。300 mg·L-1La（Ⅲ）使Lsi1和Lsi2表達(dá)水平均顯著低于CK，約為其1/2，其中Lsi2最低。（2）與CK和20 mg·L-1La（Ⅲ）單一處理相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組的Lsi1表達(dá)水平增加，而Lsi2則減少。對(duì)比15 mg·L-1SiO2單一處理，20 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組的Lsi1和Lsi2表達(dá)水平均顯著增加。與CK相比，20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組的Lsi1表達(dá)水平顯著增加，而Lsi2則顯著減少。20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組的Lsi1和Lsi2表達(dá)水平均顯著高于20 mg·L-1La（Ⅲ）單一處理，并均顯著低于210 mg·L-1SiO2單一處理。（3）300 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組的Lsi1和Lsi2表達(dá)水平均小于CK，并均略微小于15 mg·L-1SiO2單一處理，但都顯著高于300 mg·L-1La（Ⅲ）單一處理。300 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組的Lsi1和Lsi2表達(dá)水平均顯著低于CK和210 mg·L-1SiO2單一處理，其中Lsi1表達(dá)水平約為CK的1/4，為最小值。300 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組Lsi1表達(dá)水平顯著低于300 mg·L-1La（Ⅲ）單一處理，而其Lsi2則相反。

圖3 La（Ⅲ）和SiO2對(duì)水稻幼苗葉、莖和根PLSA的影響Figure 3 The PLSA in leaves，stems and roots of rice seedlings with the pretreatments with different La and Si levels

圖4 La（Ⅲ）和SiO2對(duì)水稻幼苗葉啞鈴型植硅體的影響Figure 4 Effects of La（Ⅲ）and SiO2on dumb-bell phytoliths in rice seedlings

圖5 La（Ⅲ）與SiO2對(duì)水稻幼苗根系Lsi1（A）和Lsi2（B）基因絕對(duì)定量表達(dá)的影響Figure 5 The absolute quantification of Lsi1（A）and Lsi2（B）gene in the roots of rice seedling under various La and Si concentration

圖6 是9種處理水稻根Lsi1和Lsi2基因的表達(dá)水平與3種器官PLSA之間的相關(guān)性。統(tǒng)計(jì)分析表明，水稻根PLSA與Lsi1和Lsi2基因的表達(dá)水平相關(guān)性均不顯著，其相關(guān)系數(shù)分別為0.139 3和0.221 1，P＞0.05。與根相反，莖PLSA分別與根Lsi1和Lsi2基因表達(dá)水平呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.725 6和0.638 8，P＜0.01。與莖類似，葉PLSA與根Lsi1和Lsi2之間相關(guān)性都很顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.739 3和0.717 3，P＜0.01。

3 討論

3.1 鑭對(duì)水稻器官植硅體固鑭效率的影響

理解REEs對(duì)植物影響的關(guān)鍵是弄清稀土在植物中的固定方式，即REEs是以何種形式賦存在植物體內(nèi)？Kameník等[27]發(fā)現(xiàn)，在無(wú)REEs污染地區(qū)生長(zhǎng)的植物中形成的植硅體含有少量REEs。弄清植硅體在植物L(fēng)a（Ⅲ）固定中的作用至關(guān)重要。目前，外源La（Ⅲ）對(duì)植物不同器官植硅體固鑭能力的影響機(jī)理并不清晰，相關(guān)研究未見報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)（圖1），伴隨外源La（Ⅲ）濃度增加，水稻幼苗各器官植硅體Si/La均出現(xiàn)減少趨勢(shì)，而植硅體Si含量則均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，說(shuō)明La（Ⅲ）應(yīng)用可以通過(guò)植物各器官植硅體積累而增強(qiáng)植硅體的固鑭效率。根是水稻吸收環(huán)境元素的主要器官[28]。圖1顯示，在La（Ⅲ）脅迫下（20 mg·L-1或300 mg·L-1）根植硅體Si/La降幅均顯著低于葉和莖，而植硅體Si含量則相反，說(shuō)明根植硅體通過(guò)Si-O-La-O-Si鍵形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)[18]更穩(wěn)定，能在結(jié)構(gòu)上吸收更多的La（Ⅲ），固鑭效率更高。這與之前有關(guān)水稻秸稈植硅體溶解度會(huì)隨環(huán)境中Al3+濃度增加而降低的觀點(diǎn)一致[29]。因?yàn)檫@意味著植硅體會(huì)通過(guò)增加自身Si積累而同時(shí)提升自身的La（Ⅲ）束縛能力和穩(wěn)定性，進(jìn)而緩解La（Ⅲ）毒性?？梢姡局补梵wLa（Ⅲ）固定能力的變化與外源La（Ⅲ）密切相關(guān)。我們推測(cè)這主要是由植硅體結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)決定的。植硅體主要是由水合無(wú)定型硅組成[1]，在這種物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)中，許多不同的羥基伴隨在硅的周圍，這些硅與羥基組成的結(jié)構(gòu)幾乎沒有重復(fù)，這種硅結(jié)構(gòu)有很低的表面電荷[30]。隨著植硅體結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，無(wú)定型硅的表面電荷會(huì)輕微下降[31]。這些性能使植硅體更易與La（Ⅲ）結(jié)合[18]，形成非常穩(wěn)定的植硅體-La（Ⅲ）復(fù)合體，提升植物對(duì)La（Ⅲ）的固定能力。

3.2 鑭和硅對(duì)水稻器官植硅體固鑭能力的影響

圖6 水稻幼苗根Lsi1和Lsi2基因絕對(duì)定量表達(dá)與根莖葉PLSA之間的相關(guān)性Figure 6 Correlations between the absolute quantification of Lsi1 and Lsi2 gene in the roots of rice seedling and the PLSA in the different organs of rice seedling under various Si and La levels.

本課題組發(fā)現(xiàn)[18]，水稻葉、莖和根植硅體積累量與植硅體鑭固定存在密切的聯(lián)系，植硅體在各器官對(duì)外源La（Ⅲ）的響應(yīng)存在“低促高抑”趨勢(shì)，但從上到下器官依次減弱。本研究發(fā)現(xiàn)，除莖以外，20 mg·L-1La（Ⅲ）促進(jìn)了葉和根的PLSA。通過(guò)觀察水稻幼苗葉啞鈴型植硅體也發(fā)現(xiàn)，20 mg·L-1La（Ⅲ）使植硅體變大（圖4B）。然而，僅根Lsi1表達(dá)獲得促進(jìn)。細(xì)胞內(nèi)流硅酸大于外流硅酸，從而使質(zhì)外體硅存貯增加，增加植硅體固定La（Ⅲ）污染細(xì)胞概率，提高固鑭效率和能力。因此，植硅體La（Ⅲ）復(fù)合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、植硅體大小和根Lsi1表達(dá)水平是促進(jìn)PLSA增加的重要因素。這可能與La（Ⅲ）對(duì)水稻的Hormesis效應(yīng)有關(guān)[32]。另外，單一300 mg·L-1La（Ⅲ）處理使葉、莖和根PLSA均受到顯著抑制。通過(guò)觀察葉啞鈴型植硅體也發(fā)現(xiàn)，此時(shí)植硅體顯著變小，而且根Lsi1和Lsi2均顯著減少，說(shuō)明水稻Lsi1和Lsi2的表達(dá)會(huì)因?yàn)檫^(guò)高濃度La（Ⅲ）而共同受到抑制，抑制其體內(nèi)硅轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收，進(jìn)而通過(guò)抑制植硅體形成，降低植硅體在各器官中的固鑭能力。

通過(guò)對(duì)水稻各器官PLSA的La（Ⅲ）和Si復(fù)合影響分析，我們歸結(jié)以下四點(diǎn)：（1）20 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組與單一15 mg·L-1SiO2處理相比，葉、莖、根PLSA和根Lsi1、Lsi2表達(dá)水平都增加，Lsi1和Lsi2相互協(xié)作，共同提升了植硅體固鑭能力。該組與單一20 mg·L-1La（Ⅲ）處理相比，葉、莖PLSA與根Lsi1都增加，而根PLSA則與Lsi2都減少，表明根Lsi1可能是地上部植硅體固鑭能力增加的主要因素，而Lsi2則相反。同時(shí)鑒于該組葉啞鈴型植硅體變小，根Lsi2可能與植硅體形態(tài)改變有關(guān)。（2）20 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組與單一20 mg·L-1La（Ⅲ）處理相比，除根PLSA外，葉、莖PLSA與根Lsi1、Lsi2都顯著增加；而該組與單一210 mg·L-1SiO2處理相比，葉根PLSA與根Lsi1、Lsi2都顯著減少。這些說(shuō)明根Lsi1、Lsi2可能是提升20 mg·L-1La（Ⅲ）影響下葉植硅體固鑭能力的主要因素。而高濃度SiO2則為葉植硅體較多產(chǎn)出和較大尺寸提供保證。（3）300 mg·L-1La（Ⅲ）+15 mg·L-1SiO2組與單一300 mg·L-1La（Ⅲ）處理相比，葉、莖、根PLSA，葉啞鈴型植硅體大小，根Lsi1、Lsi2都顯著增加，而與單一15 mg·L-1SiO2處理相比，葉、莖、根PLSA，葉啞鈴型植硅體大小，根Lsi1、Lsi2都顯著減少，說(shuō)明根Lsi1、Lsi2和葉植硅體形態(tài)都可能調(diào)控水稻植硅體固鑭能力，同時(shí)也說(shuō)明15 mg·L-1SiO2能緩解300 mg·L-1La（Ⅲ）的抑制作用。（4）300 mg·L-1La（Ⅲ）+210 mg·L-1SiO2組與單一300 mg·L-1La（Ⅲ）處理相比，葉、莖、根PLSA，葉啞鈴型植硅體大小和根Lsi2都顯著增加，而與單一210 mg·L-1SiO2處理相比，根PLSA和Lsi2仍然顯著增加，說(shuō)明Lsi2可能是影響根植硅體固鑭能力的重要因素。原因可能是由于高濃度Si和高濃度La（Ⅲ）的復(fù)合脅迫會(huì)使根部外皮層和內(nèi)皮層的細(xì)胞內(nèi)流硅酸受到抑制，減少水稻從外部吸收硅，同時(shí)通過(guò)增加同一細(xì)胞的外流作用[33]，促使Si從細(xì)胞中更多地流向質(zhì)外體，進(jìn)而提升了根植硅體固鑭能力。

文獻(xiàn)顯示[34]，Lsi1和Lsi2表達(dá)主要負(fù)責(zé)了不同基因型水稻幼芽和根部的硅吸收。本研究發(fā)現(xiàn)，水稻根部Lsi1和Lsi2表達(dá)量分別與莖、葉PLSA之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，而與根PLSA之間相關(guān)性較差（圖6），表明根Lsi1和Lsi2表達(dá)水平是決定水稻葉、莖植硅體固鑭能力的關(guān)鍵因素。水稻根有高度發(fā)達(dá)的通氣組織，在外皮層和內(nèi)皮層之間沒有皮質(zhì)細(xì)胞[35]，較難將近端Lsi2載體排出的硅酸在質(zhì)外體中聚合形成植硅體。受本課題組植硅體提取技術(shù)的限制，根植硅體提取的數(shù)量稀少[18]，增加了統(tǒng)計(jì)誤差。因此，根在硅吸收系統(tǒng)中的獨(dú)特作用可能是導(dǎo)致本研究根PLSA-Lsi1、Lsi2有較差相關(guān)性的重要原因。根PLSA與Lsi1和Lsi2的真實(shí)相關(guān)性有待今后通過(guò)改進(jìn)植硅體提取技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)論

（1）外源La（Ⅲ）應(yīng)用能夠提升水稻葉、莖、根植硅體與鑭復(fù)合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增加植硅體固鑭效率。低濃度La（Ⅲ）可以使葉啞鈴型植硅體大小和根Lsi1表達(dá)水平增加，促進(jìn)葉和根PLSA。而過(guò)高濃度La（Ⅲ）則會(huì)使葉啞鈴型植硅體大小、根Lsi1、Lsi2和葉、莖、根PLSA受到抑制。

（2）低濃度La（Ⅲ）和Si復(fù)合處理能提升葉和莖PLSA，根Lsi1是影響葉植硅體固鑭能力的重要因素。外源Si能夠緩解高濃度La（Ⅲ）對(duì)葉、莖和根PLSA的抑制作用，根Lsi2是影響根PLSA的重要因素。