硅对水稻体内铅化学形态的影响

鲍娜娜　王中阳

摘要：以基因型差距较大的水稻品种沈稻11和沈稻47，研究分析硅对不同基因型水稻茎鞘、叶片中铅化学形态的影响。结果表明：两个品种水稻茎、叶中铅皆以盐酸提取态为主，氯化钠提取态次之。当铅浓度为800 mg/kg时，沈稻47茎、叶中各形态含量均高于沈稻11；随着外源硅的加入，铅各形态含量降低，乙醇和去离子水提取态比例显著下降，说明硅能缓解水稻中铅的毒害作用。

关键词：水稻；铅；硅；化学形态；影响

中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0012-03

铅是环境中主要的重金属污染物。据统计，每年都有200多万t的铅进入环境中，导致铅污染日益严重。水稻是主要的粮食作物，全球近2/3的人口以稻米为主食，但稻米的质量安全并不乐观。硅在地壳中的含量仅次于氧，是土壤中最丰富的矿质元素。研究发现，水稻是典型的喜硅作物，硅在水稻的生长发育和抗逆胁迫过程中发挥着重要作用，且硅对植物体内的锰、铬和镉等重金属毒性具有缓解作用。本文以基因型差距较大的水稻品种沈稻11和沈稻47为试验对象，分析硅对不同基因型水稻茎鞘、叶片中铅化学形态的影响。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为水稻土，其理化性质见表1。

1.2 供试水稻

供试水稻品种为沈稻11和沈稻47，由沈阳农业大学提供。两种水稻均为广适品种，且二者基因型差距较大。

1.3 试验设计

试验设2个处理：铅处理为0 mg/kg和800 mg/kg；硅处理为0 g/kg和4 g/kg。每个处理重复3次。于分蘖期采集，采集后的样品分别用自来水和去离子水清洗3遍，吸干表面水分，保存在-20 ℃的冰箱内备用。每个处理的样品分成茎鞘和叶片两部分，用于化学形态的测定。

1.4 水稻化学形态分析方法

准确称取鲜样0.500 0 g，加入20 mL提取剂，研磨匀浆后转入50 mL塑料离心管，于25 ℃恒温振荡22 h后，5 000 r/min离心10 min；倒出上清液，再加入10 mL的提取剂，于25 ℃恒温振荡1 h，5 000 r/min离心10 min，倒出上清液；合并2次上清液于三角瓶中，在电热板上蒸发近干后，加入硝酸∶高氯酸=4∶1的混合酸液10 mL，待充分消化后，消煮至澄清，移至50 mL容量瓶中，用10% HNO3定容。

2 结果与分析

硅对水稻茎叶中铅化学形态的影响见表2。

由表2可见：铅在水稻茎中以盐酸提取态为主要存在形态，所占比例为67.31%～70.73%；其次是氯化钠提取态，所占比例为18.93%～21.62%；其余3种形态所占比例都较低。

对于同一品种水稻而言，从铅含量上来看，与对照相比，当硅浓度一定时，随着外源铅的加入，水稻茎中各化学形态铅含量显著升高，其中去离子水及乙醇提取态升高得更为明显，浓度分别提升了6.8和8.4倍；当外源铅浓度为800 mg/kg时，随着硅浓度的升高，水稻茎中各化学形态铅的含量都有所降低，这表明硅元素的加入使得水稻茎中铅总体浓度降低，可能是硅抑制了水稻对铅的吸收。从各形态分配比例上来看，当外源硅浓度为0 g/kg、铅浓度为800 mg/kg时，水稻茎中盐酸提取态和醋酸提取态是较为稳定的化学形态、其比例达到最低，而活性态乙醇、去离子水提取态比例升高达到最大；当铅为800 mg/kg时，硅的加入使得盐酸、氯化钠提取态分配比例增高，而乙醇和去离子水提取态比例降低，醋酸提取态比例变化不大；当硅浓度一定时，随着铅浓度的提高，活性态去离子水及乙醇提取态所占比例明显上升，表明此时茎中铅的迁移能力较强。

对于不同品种水稻而言，从铅浓度角度进行分析，沈稻47各处理的铅化学形态之和大于沈稻11，这表明沈稻47茎对铅的吸收性要高于沈稻11；从各形态的分布比例来看，沈稻47茎中乙醇及去离子水提取态的比例明显高于沈稻11，而其他形态比例则低于沈稻11，这表明沈稻47茎中铅的活性高于沈稻11，说明沈稻11有较高的耐铅性。

3 结论与讨论

铅在植物体内存在的化学形态直接影响着其在植物体内迁移、转化的能力，主要分为5种形态，即氯化钠提取态、醋酸提取态、乙醇提取态、去离子水提取态及盐酸提取态。这5种形态中，醋酸和盐酸提取态活性最弱，氯化钠提取态活性较强，乙醇和去离子水提取态活性最强。

本试验选取两种基因型相差较大的水稻品种，通过外源添加硅来研究水稻体内铅各化学形态的浓度及比例关系，探讨硅对铅在植物体内迁移、积累的影响，以明确外源添加硅影响水稻体内铅迁移、积累的机理。结果显示：对于同一品种来说，茎、叶中主要以盐酸提取态为主，氯化钠提取态次之；随着铅浓度的增高，茎和叶中乙醇和去离子水提取态比例上升；不同品种水稻，当铅浓度为800 mg/kg时，茎和叶中沈稻47各形态含量高于沈稻11；随着外源硅的加入，各化学形态的镉含量降低，乙醇和去离子水提取态比例下降。

参考文献

[1] 童建华，田梅，陈小飞，等.铅胁迫对水稻中铅和矿质元素含量的影响[J].湖南农业科学，2009（7）：60-63.

[2] 章力建，周晓震，杨正礼，等.我国水稻生产中的立体污染及防治[J].中国稻米，2005（5）：1-4.

[3] 周建华，王永锐.硅营养缓解水稻幼苗Cd，Cr毒害的生理研究[J].应用与环境生物学报，1999，5（1）：11-15.

[4] 屠乃美，郑华.不同改良剂对铅镉污染稻田的改良效应研究[J].农业环境保护，2000，19（6）：324-326.

[5] 李玉红，宗良纲.不同有机酸对水稻吸收铅的影响[J].南京农业大学学报，2002，25（3）：45-48.

[6] 许嘉琳，鲍子平，杨居荣，等.农作物体内铅、镉、铜的化学形态研究[J].应用生态学报，1991，2（3）：244-248.

Abstract： The effect of Si on chemical form of Pb in two kinds of different genotypes rice "Shendao 11"and"Shendao 47"under pot-plating were studied using gradient centrifugation and sequential chemical extraction. Besides the control， various forms of Pb in rice stems and leaves， the state dominant is extracted by HCl， followed by sodium chloride. When Pb is 800 mg/kg， various forms of Pb in "Shendao 47" is higer than "Shendao 11"； With the addition of exogenous silicon， reducing the content of Pb fractions， ethanol and deionized water extractable ratio decreased significantly， indicating that silicon can relieve the toxic effects of Pb in rice.

Key words： rice； Pb； Si； chemical form； effects

摘要：以基因型差距较大的水稻品种沈稻11和沈稻47，研究分析硅对不同基因型水稻茎鞘、叶片中铅化学形态的影响。结果表明：两个品种水稻茎、叶中铅皆以盐酸提取态为主，氯化钠提取态次之。当铅浓度为800 mg/kg时，沈稻47茎、叶中各形态含量均高于沈稻11；随着外源硅的加入，铅各形态含量降低，乙醇和去离子水提取态比例显著下降，说明硅能缓解水稻中铅的毒害作用。

关键词：水稻；铅；硅；化学形态；影响

中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0012-03

铅是环境中主要的重金属污染物。据统计，每年都有200多万t的铅进入环境中，导致铅污染日益严重。水稻是主要的粮食作物，全球近2/3的人口以稻米为主食，但稻米的质量安全并不乐观。硅在地壳中的含量仅次于氧，是土壤中最丰富的矿质元素。研究发现，水稻是典型的喜硅作物，硅在水稻的生长发育和抗逆胁迫过程中发挥着重要作用，且硅对植物体内的锰、铬和镉等重金属毒性具有缓解作用。本文以基因型差距较大的水稻品种沈稻11和沈稻47为试验对象，分析硅对不同基因型水稻茎鞘、叶片中铅化学形态的影响。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为水稻土，其理化性质见表1。

1.2 供试水稻

供试水稻品种为沈稻11和沈稻47，由沈阳农业大学提供。两种水稻均为广适品种，且二者基因型差距较大。

1.3 试验设计

试验设2个处理：铅处理为0 mg/kg和800 mg/kg；硅处理为0 g/kg和4 g/kg。每个处理重复3次。于分蘖期采集，采集后的样品分别用自来水和去离子水清洗3遍，吸干表面水分，保存在-20 ℃的冰箱内备用。每个处理的样品分成茎鞘和叶片两部分，用于化学形态的测定。

1.4 水稻化学形态分析方法

准确称取鲜样0.500 0 g，加入20 mL提取剂，研磨匀浆后转入50 mL塑料离心管，于25 ℃恒温振荡22 h后，5 000 r/min离心10 min；倒出上清液，再加入10 mL的提取剂，于25 ℃恒温振荡1 h，5 000 r/min离心10 min，倒出上清液；合并2次上清液于三角瓶中，在电热板上蒸发近干后，加入硝酸∶高氯酸=4∶1的混合酸液10 mL，待充分消化后，消煮至澄清，移至50 mL容量瓶中，用10% HNO3定容。

2 结果与分析

硅对水稻茎叶中铅化学形态的影响见表2。

由表2可见：铅在水稻茎中以盐酸提取态为主要存在形态，所占比例为67.31%～70.73%；其次是氯化钠提取态，所占比例为18.93%～21.62%；其余3种形态所占比例都较低。

对于同一品种水稻而言，从铅含量上来看，与对照相比，当硅浓度一定时，随着外源铅的加入，水稻茎中各化学形态铅含量显著升高，其中去离子水及乙醇提取态升高得更为明显，浓度分别提升了6.8和8.4倍；当外源铅浓度为800 mg/kg时，随着硅浓度的升高，水稻茎中各化学形态铅的含量都有所降低，这表明硅元素的加入使得水稻茎中铅总体浓度降低，可能是硅抑制了水稻对铅的吸收。从各形态分配比例上来看，当外源硅浓度为0 g/kg、铅浓度为800 mg/kg时，水稻茎中盐酸提取态和醋酸提取态是较为稳定的化学形态、其比例达到最低，而活性态乙醇、去离子水提取态比例升高达到最大；当铅为800 mg/kg时，硅的加入使得盐酸、氯化钠提取态分配比例增高，而乙醇和去离子水提取态比例降低，醋酸提取态比例变化不大；当硅浓度一定时，随着铅浓度的提高，活性态去离子水及乙醇提取态所占比例明显上升，表明此时茎中铅的迁移能力较强。

对于不同品种水稻而言，从铅浓度角度进行分析，沈稻47各处理的铅化学形态之和大于沈稻11，这表明沈稻47茎对铅的吸收性要高于沈稻11；从各形态的分布比例来看，沈稻47茎中乙醇及去离子水提取态的比例明显高于沈稻11，而其他形态比例则低于沈稻11，这表明沈稻47茎中铅的活性高于沈稻11，说明沈稻11有较高的耐铅性。

3 结论与讨论

铅在植物体内存在的化学形态直接影响着其在植物体内迁移、转化的能力，主要分为5种形态，即氯化钠提取态、醋酸提取态、乙醇提取态、去离子水提取态及盐酸提取态。这5种形态中，醋酸和盐酸提取态活性最弱，氯化钠提取态活性较强，乙醇和去离子水提取态活性最强。

本试验选取两种基因型相差较大的水稻品种，通过外源添加硅来研究水稻体内铅各化学形态的浓度及比例关系，探讨硅对铅在植物体内迁移、积累的影响，以明确外源添加硅影响水稻体内铅迁移、积累的机理。结果显示：对于同一品种来说，茎、叶中主要以盐酸提取态为主，氯化钠提取态次之；随着铅浓度的增高，茎和叶中乙醇和去离子水提取态比例上升；不同品种水稻，当铅浓度为800 mg/kg时，茎和叶中沈稻47各形态含量高于沈稻11；随着外源硅的加入，各化学形态的镉含量降低，乙醇和去离子水提取态比例下降。

参考文献

[1] 童建华，田梅，陈小飞，等.铅胁迫对水稻中铅和矿质元素含量的影响[J].湖南农业科学，2009（7）：60-63.

[2] 章力建，周晓震，杨正礼，等.我国水稻生产中的立体污染及防治[J].中国稻米，2005（5）：1-4.

[3] 周建华，王永锐.硅营养缓解水稻幼苗Cd，Cr毒害的生理研究[J].应用与环境生物学报，1999，5（1）：11-15.

[4] 屠乃美，郑华.不同改良剂对铅镉污染稻田的改良效应研究[J].农业环境保护，2000，19（6）：324-326.

[5] 李玉红，宗良纲.不同有机酸对水稻吸收铅的影响[J].南京农业大学学报，2002，25（3）：45-48.

[6] 许嘉琳，鲍子平，杨居荣，等.农作物体内铅、镉、铜的化学形态研究[J].应用生态学报，1991，2（3）：244-248.

Abstract： The effect of Si on chemical form of Pb in two kinds of different genotypes rice "Shendao 11"and"Shendao 47"under pot-plating were studied using gradient centrifugation and sequential chemical extraction. Besides the control， various forms of Pb in rice stems and leaves， the state dominant is extracted by HCl， followed by sodium chloride. When Pb is 800 mg/kg， various forms of Pb in "Shendao 47" is higer than "Shendao 11"； With the addition of exogenous silicon， reducing the content of Pb fractions， ethanol and deionized water extractable ratio decreased significantly， indicating that silicon can relieve the toxic effects of Pb in rice.

Key words： rice； Pb； Si； chemical form； effects

摘要：以基因型差距较大的水稻品种沈稻11和沈稻47，研究分析硅对不同基因型水稻茎鞘、叶片中铅化学形态的影响。结果表明：两个品种水稻茎、叶中铅皆以盐酸提取态为主，氯化钠提取态次之。当铅浓度为800 mg/kg时，沈稻47茎、叶中各形态含量均高于沈稻11；随着外源硅的加入，铅各形态含量降低，乙醇和去离子水提取态比例显著下降，说明硅能缓解水稻中铅的毒害作用。

关键词：水稻；铅；硅；化学形态；影响

中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）04-0012-03

铅是环境中主要的重金属污染物。据统计，每年都有200多万t的铅进入环境中，导致铅污染日益严重。水稻是主要的粮食作物，全球近2/3的人口以稻米为主食，但稻米的质量安全并不乐观。硅在地壳中的含量仅次于氧，是土壤中最丰富的矿质元素。研究发现，水稻是典型的喜硅作物，硅在水稻的生长发育和抗逆胁迫过程中发挥着重要作用，且硅对植物体内的锰、铬和镉等重金属毒性具有缓解作用。本文以基因型差距较大的水稻品种沈稻11和沈稻47为试验对象，分析硅对不同基因型水稻茎鞘、叶片中铅化学形态的影响。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为水稻土，其理化性质见表1。

1.2 供试水稻

供试水稻品种为沈稻11和沈稻47，由沈阳农业大学提供。两种水稻均为广适品种，且二者基因型差距较大。

1.3 试验设计

试验设2个处理：铅处理为0 mg/kg和800 mg/kg；硅处理为0 g/kg和4 g/kg。每个处理重复3次。于分蘖期采集，采集后的样品分别用自来水和去离子水清洗3遍，吸干表面水分，保存在-20 ℃的冰箱内备用。每个处理的样品分成茎鞘和叶片两部分，用于化学形态的测定。

1.4 水稻化学形态分析方法

准确称取鲜样0.500 0 g，加入20 mL提取剂，研磨匀浆后转入50 mL塑料离心管，于25 ℃恒温振荡22 h后，5 000 r/min离心10 min；倒出上清液，再加入10 mL的提取剂，于25 ℃恒温振荡1 h，5 000 r/min离心10 min，倒出上清液；合并2次上清液于三角瓶中，在电热板上蒸发近干后，加入硝酸∶高氯酸=4∶1的混合酸液10 mL，待充分消化后，消煮至澄清，移至50 mL容量瓶中，用10% HNO3定容。

2 结果与分析

硅对水稻茎叶中铅化学形态的影响见表2。

由表2可见：铅在水稻茎中以盐酸提取态为主要存在形态，所占比例为67.31%～70.73%；其次是氯化钠提取态，所占比例为18.93%～21.62%；其余3种形态所占比例都较低。

对于同一品种水稻而言，从铅含量上来看，与对照相比，当硅浓度一定时，随着外源铅的加入，水稻茎中各化学形态铅含量显著升高，其中去离子水及乙醇提取态升高得更为明显，浓度分别提升了6.8和8.4倍；当外源铅浓度为800 mg/kg时，随着硅浓度的升高，水稻茎中各化学形态铅的含量都有所降低，这表明硅元素的加入使得水稻茎中铅总体浓度降低，可能是硅抑制了水稻对铅的吸收。从各形态分配比例上来看，当外源硅浓度为0 g/kg、铅浓度为800 mg/kg时，水稻茎中盐酸提取态和醋酸提取态是较为稳定的化学形态、其比例达到最低，而活性态乙醇、去离子水提取态比例升高达到最大；当铅为800 mg/kg时，硅的加入使得盐酸、氯化钠提取态分配比例增高，而乙醇和去离子水提取态比例降低，醋酸提取态比例变化不大；当硅浓度一定时，随着铅浓度的提高，活性态去离子水及乙醇提取态所占比例明显上升，表明此时茎中铅的迁移能力较强。

对于不同品种水稻而言，从铅浓度角度进行分析，沈稻47各处理的铅化学形态之和大于沈稻11，这表明沈稻47茎对铅的吸收性要高于沈稻11；从各形态的分布比例来看，沈稻47茎中乙醇及去离子水提取态的比例明显高于沈稻11，而其他形态比例则低于沈稻11，这表明沈稻47茎中铅的活性高于沈稻11，说明沈稻11有较高的耐铅性。

3 结论与讨论

铅在植物体内存在的化学形态直接影响着其在植物体内迁移、转化的能力，主要分为5种形态，即氯化钠提取态、醋酸提取态、乙醇提取态、去离子水提取态及盐酸提取态。这5种形态中，醋酸和盐酸提取态活性最弱，氯化钠提取态活性较强，乙醇和去离子水提取态活性最强。

本试验选取两种基因型相差较大的水稻品种，通过外源添加硅来研究水稻体内铅各化学形态的浓度及比例关系，探讨硅对铅在植物体内迁移、积累的影响，以明确外源添加硅影响水稻体内铅迁移、积累的机理。结果显示：对于同一品种来说，茎、叶中主要以盐酸提取态为主，氯化钠提取态次之；随着铅浓度的增高，茎和叶中乙醇和去离子水提取态比例上升；不同品种水稻，当铅浓度为800 mg/kg时，茎和叶中沈稻47各形态含量高于沈稻11；随着外源硅的加入，各化学形态的镉含量降低，乙醇和去离子水提取态比例下降。

参考文献

[1] 童建华，田梅，陈小飞，等.铅胁迫对水稻中铅和矿质元素含量的影响[J].湖南农业科学，2009（7）：60-63.

[2] 章力建，周晓震，杨正礼，等.我国水稻生产中的立体污染及防治[J].中国稻米，2005（5）：1-4.

[3] 周建华，王永锐.硅营养缓解水稻幼苗Cd，Cr毒害的生理研究[J].应用与环境生物学报，1999，5（1）：11-15.

[4] 屠乃美，郑华.不同改良剂对铅镉污染稻田的改良效应研究[J].农业环境保护，2000，19（6）：324-326.

[5] 李玉红，宗良纲.不同有机酸对水稻吸收铅的影响[J].南京农业大学学报，2002，25（3）：45-48.

[6] 许嘉琳，鲍子平，杨居荣，等.农作物体内铅、镉、铜的化学形态研究[J].应用生态学报，1991，2（3）：244-248.

Abstract： The effect of Si on chemical form of Pb in two kinds of different genotypes rice "Shendao 11"and"Shendao 47"under pot-plating were studied using gradient centrifugation and sequential chemical extraction. Besides the control， various forms of Pb in rice stems and leaves， the state dominant is extracted by HCl， followed by sodium chloride. When Pb is 800 mg/kg， various forms of Pb in "Shendao 47" is higer than "Shendao 11"； With the addition of exogenous silicon， reducing the content of Pb fractions， ethanol and deionized water extractable ratio decreased significantly， indicating that silicon can relieve the toxic effects of Pb in rice.

Key words： rice； Pb； Si； chemical form； effects