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        濰河區(qū)域生境小麥中硼的分布特征研究

        2019-08-14 10:08:24李晨笑趙文靜劉霄凡徐慶彩
        山東化工 2019年14期

        李晨笑,趙文靜,劉霄凡,劉 敏,劉 平,徐慶彩

        (臨沂大學 化學化工學院,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,但是會導致了糖的運輸受阻[4],從而嚴重影響小麥的穗分化,導致花粉敗育[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(上海新儀微波化學科技有限公司,ECH-1型);電熱鼓風干燥箱(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。硼標準溶液(1000 μg/mL,國家標準物質(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,由入海口處向上游采集,采樣點分別為入海口、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??诘街炖?,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、葉中硼含量在入海口處出現(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?,其他采樣點的土壤、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

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