苗期水稻吸收、转运SbV的研究

黄艳超　胡莹　刘云霞　黄益宗　武雪芳

摘要：采用营养液培养的方法，在有根表铁膜存在条件下，对2个品种的苗期水稻吸收、转运Sb（V）进行了研究，水稻植株诱导出铁膜后分别暴露在含有0.25、1.00、5.00、20.00、50.00、100.00 μmol/L Sb（V）的营养介质中。研究结果表明，水稻各部位（铁膜、根、茎叶）中Sb含量随营养介质中Sb（V）浓度增加而升高；但Sb从根向地上部茎叶内转运的转运系数以及Sb在各部位的分配比例仅与水稻品种有关，与外界Sb（V）浓度无关，扬稻6号水稻对Sb的转运系数以及在地上部茎叶中的分配比例显著低于农垦57；在营养介质中Sb浓度相同时，2个品种水稻根表铁膜内Sb含量无明显差异。

关键词：水稻；五价锑；吸收转运；根表铁膜

中图分类号： S511.01；X173 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0068-03

湖南省是中国水稻生产大省，也是很多金属矿产的主要产地，中国最大的锑矿基地就坐落在湖南。锑的开采和冶炼在带来经济效益的同时对矿区周边的水稻田也造成了污染[1]。虽然我国尚未将锑列入大米安全必须检测的项目，但美国和欧盟均已将锑列为优先控制污染物[2-3]；因此，我们需要对水稻锑污染予以关注。

水稻是一种水生植物，为了适应渍水厌氧环境的影响，水稻根系形成了大量通气组织，从而能将空气中的氧气通过叶片传输到根系。根系将部分氧气和一些其他的氧化性物质释放到根际，使得土壤中Fe2+、Mn2+被氧化成铁锰氧化物，这些氧化物沉积在水稻根表，形成了大量的铁氧化胶膜（简称铁膜）[4]。根表铁膜表面带有两性电荷，因此能够影响很多阴阳离子向水稻体内的传输，如As、Cu、Cd、Mn、Ni等[5-7]。目前，关于锑吸收和转运的研究还不是很多[8]，本试验采用水培的方法，对在根表铁膜存在的条件下水稻吸收转运锑的问题开展研究，为防治水稻锑污染提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试水稻

本试验选用2个品种的水稻（Oryza sativa L.），分别为扬稻6号、农垦57，其中扬稻6号为籼稻，农垦57为粳稻，均由南京农业大学提供。挑选若干籽粒饱满、大小均匀的水稻种子，置于30% H2O2消毒10～15 min，而后用去离子水冲洗干净，播种于湿润的珍珠岩中发芽。在珍珠岩中生长3周后，挑选生长一致的水稻苗移栽到1/9浓度的营养液中培养1周，而后再转移到1/3浓度的营养液中培养2周。用于放置营养液的水培器皿是500 mL的PVC管（直径7.5 cm、高 14 cm水培罐），每个水培罐中放1株水稻苗。全量营养液配方参照文献[9]。水稻的培养和后期处理均在可控光温的培养室中进行。培养室工作条件为：25 ℃、14 h光照，20 ℃、10 h黑暗，光照浓度为260～350 μmol/（m2·s），相对湿度为60%～70%。

1.2 处理方法

2个水稻各选取长势一致的植株24株，分成6组，每组4株。所有水稻置于去离子水中放置12 h，而后转入500 mL浓度为1×10-3 mol/L的 Fe2SO4溶液中24 h，以便诱导水稻根表铁膜的形成。待根表铁膜形成后将所有水稻转入去离子水中放置6 h，而后再置于1/3强度营养液中培养48 h。之后将每个品种的6组水稻分别置于含有0.25、1.00、5.00、2000、50.00、100.00 μmol/L的Sb（V）[以（KSb（OH）6形式加入]营养液中培养48 h。

1.3 样品采集、制备与分析

水稻处理完成后，根系铁膜用DCB（dithionite-citrate-bicarbonate）法提取：收获后的水稻新鲜根系用去离子水冲净，放到100 mL的烧杯中，加入0.03 mol/L Na3C6H5O7· 2H2O和0.125 mol/L NaHCO3的混合液30 mL，1.0 g Na2S2O4，混合均匀后，在室温（20～25 ℃）下浸提1 h，然后将浸提液转入50 mL容量瓶中，用去离子水冲洗根系3次后定容至50 mL。过滤后的提取液用ICP-OES（Optima 2000 DV，Perkin Elmer，USA）测定其中Fe、Sb浓度。

经DCB浸提后的水稻根系和水稻茎叶置于70 ℃烘箱中烘干至恒质量，然后磨碎，称取0.1 g左右样品。放入50 mL离心管中，加入2 mL优级纯硝酸，浸泡过夜。浸泡完毕后将样品放入微波消解仪（Mars，Matthews Inc.，USA）中消解。消解程序如下：功率600 W，55 ℃ 持续10 min，75 ℃ 持续10 min，95 ℃ 持续30 min，升温时间为5 min。样品消解完毕后用超纯水定容至50 mL。过滤后用ICP-MS（Agilent 7500，Agilent Technologies，Palo Alto，CA，USA）测定Sb浓度。消解时所用标准物质为灌木枝叶（GBW07603，《生物成分分析——灌木枝叶成分分析标准物质》）。

1.4 数据分析

根向地上部转移Sb的能力用转运系数（translocation factor，简称TF）表示：

2 结果与分析

2.1 生物量与根表铁膜形成量

由于品种不同，2个水稻根表铁膜形成量和生物量均有所差别。扬稻6号根表铁膜形成量明显低于农垦57，仅为农垦57的54%，但农垦57根系、地上部茎叶的生物量则比扬稻6号要低，分别仅为扬稻6号的47%、54%（表1）。

2.2 根表铁膜、根、茎叶中的Sb含量

个品种水稻根表铁膜中Sb含量随着处理液中Sb浓度增加而升高，但在相同浓度Sb处理下2个品种水稻之间根表铁膜内Sb含量没有显著差别。从图2可以看出，随着处理液中Sb浓度增加，扬稻6号和农垦57根中Sb含量也逐渐升高，在相同浓度Sb处理下扬稻6号根中Sb含量要高于农垦57。从图3可以看出，扬稻6号和农垦57茎叶中Sb含量同样随着处理液中Sb浓度增加而升高，但与根中相反的是，扬稻6号茎叶中Sb含量要明显低于农垦57。

2.3 Sb转运系数与分配比例

2个品种水稻在不同浓度Sb处理时，Sb从根中向地上部茎叶中转运的转运系数见表2。从表2可以看出，同一品种水稻的转运系数并不随溶液中Sb浓度的增加而发生明显变化，但2个品种水稻之间的转运系数差异明显，扬稻6号的转运系数明显低于农垦57，仅为农垦57的24%～47%。

2个品种水稻在不同浓度Sb处理后茎叶、根和根表铁膜中Sb的分配比例见表3，可见2个品种水稻中Sb的分配比例均为茎叶<根部<根表铁膜。相同品种相同部位的Sb分配比例并不随外界处理液中Sb浓度的变化而有较大变化。比较2个品种相同部位的Sb分配比例可知，根表铁膜中Sb的分配比例在扬稻6号和农垦57间并无明显差异，但农垦57茎叶中Sb的分配比例明显高于扬稻6号，根中结果则与茎叶相反。

3 结论与讨论

目前，关于锑对水稻影响的相关研究还不多，现有研究结果表明，锑对水稻生长发育产生影响。在水培条件下，当溶液中Sb（V）浓度为5 μmol/L时水稻根系的生长就会受到抑制[10]。本试验中2个品种水稻根部、地上部茎叶的生物量均未随溶液中Sb浓度的增加而发生变化，原因可能是由于处理时间较短，Sb对水稻植株的毒害作用还未开始显现。

根表铁膜、根、地上部茎叶中Sb含量均随外界Sb浓度的增加而增加，与Ren等的试验结果[11]一致。但相同品种水稻根向地上部转运的转运系数和不同部位Sb含量的比例则未随溶液中Sb浓度的增加而有所差异，表明在有根表铁膜存在的条件下，当Sb浓度不高于100 μmol/L时，Sb（V）在水稻体内的转运和分配并不受外界Sb浓度的影响。

在不同浓度Sb处理下，扬稻6号和农垦57根和地上部茎叶中Sb浓度以及转运系数均有所差别。表明水稻品种是影响水稻吸收转运Sb的主要因素，扬稻6号根系比农垦57更容易从外界吸收Sb（V），但不容易从根部向体上部茎叶中转运，与杨婧等用同样品种的水稻在土培条件下对砷的研究结果[12]一致。

综上所述，Sb（V）更容易在根表铁膜中积累，其向植物体内的吸收转运主要受水稻品种的影响。但水稻对Sb（V）的吸收、转运机制目前还不是很清楚。黄益宗等在水培条件下研究发现，水稻对Sb（V）的吸收并不受磷（PO43-）的影响，证明水稻并不像吸收As（V）那样通过磷酸盐途径吸收Sb（V），此结论也与Tschan等对玉米和向日葵的研究结果[10，13]一致。有学者推测出现这种情况可能与As、Sb 2种元素五价氧化物的空间结构有关，五价砷（AsO43-）的空间结构为四面体，而 Sb（OH）6- 是八面体结构。建议在以后研究中可以考虑利用生物生理学、细胞生物学以及分子生物学等手段来深入研究锑的吸收、转运等作用机制，以便为防治水稻锑污染提供理论支持。

参考文献：

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