潍河区域生境小麦中硼的分布特征研究

李晨笑,赵文静,刘霄凡,刘 敏,刘 平,徐庆彩

(临沂大学 化学化工学院，山东 临沂 276000)

1 引言

硼是植物生长的必需的微量元素之一[1]，作为植物体结构组成成分，硼不参与氧化还原反应，只促进碳水化合物的正常运转、植物体生殖器官的建成和发育、细胞分裂和细胞伸长等，硼还参与光合作用、核酸及蛋白质的合成和由多酚氧化酶所活化的氧化系统，能提高作物的抗逆性[2-3]。无硼影响小麦的营养生长，缺硼不影响小麦的营养生长，但是会导致了糖的运输受阻[4]，从而严重影响小麦的穗分化，导致花粉败育[5]。

植物从外界吸收的硼，主要来自土壤，土壤中有效硼含量对植物的生长至关重要[6]。因此不同土壤[7]对植物的生长有一定的影响。小麦作为我国北方重要的粮食作物，其产量高低受硼的影响非常大[8]。硼的浓度对小麦体内碳水化合物运输及小麦不同器官的生长发育均有重要影响[9-10]。本实验采集潍河沿岸样品，研究小麦及其生长环境的土壤和水中硼含量的变化，对深入研究不同生长环境中硼对小麦的生长发育影响具有重要意义。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

2.1.1 仪器

电感耦合等离子体质谱仪(型号：ICap Q ICP-MS，美国Thermal Fisher公司)，配有192位自动进样器，单重四级杆质谱检测器；电子天平(瑞士Metter-Toledo仪器有限公司，AB265-S型，可读性0.01 mg)；电子控温加热板(上海新仪微波化学科技有限公司，ECH-1型)；电热鼓风干燥箱(上海恒科仪器有限公司)；马弗炉(杭州卓驰仪器)；分析筛；石英坩埚；聚四氟乙烯坩埚；氩气纯度高于99.999%，购置于山东省济南德洋气体有限公司。

2.1.2 试剂

HNO3、HF、HCl、HClO4均为优级纯试剂。硼标准溶液(1000 μg/mL，国家标准物质中心)，，用于绘制工作曲线。为避免试验器皿的污染，各种玻璃和塑料仪器设备使用前均用10%硝酸溶液浸泡24h，然后用超纯水洗净，烘干后备用。

2.2 样品采集

本实验沿潍河水流方向设定五个采样点，由入海口处向上游采集，采样点分别为入海口、昌邑高速大桥、朱里东南堤、徐家庄、尚家庄。采集的样品包括小麦、水、土壤，其中小麦样品按照根、茎、叶、种子、麦芒进行样品分类；土壤样品为10～20 cm表层土壤。采样点地理位置和气候信息列于表1。

表1 采样点地理位置和气候信息

2.3 样品处理

2.3.1 小麦样品的干灰化过程

小麦各器官样品经超纯水反复冲洗，以除去表面的附着物和杂质。在50 ℃下气流烘干，样品粉碎后过100目分析筛。准确称量0.3～0.5 g 植物样品，置于干燥石英坩埚中，然后置于马弗炉中，550 ℃进行干灰化 4 h，冷却至室温[12]，用5% HNO3溶解，过滤后定容。

按照上述实验过程同时做空白实验。

2.3.2 土壤样品的湿法消解过程

准确称取0.1～0.2 g土壤样品，置于聚四氟乙烯坩埚中，用少量超纯水润湿，加入4mL HF、5mL HNO3和2mL HClO4，于电热板上150℃消解1 h，冷却后加入2 mL HNO3和1mL HClO4，190℃下继续消解至糊状，再加入2mL HNO3低温溶解残渣。用1%HNO3定容[11]。

按照上述实验过程同时做空白实验。

2.4 硼的测定

用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定样品中硼含量。 质谱仪工作参数：分析室真空度 76 μPa，功率 1.55W，雾化室温度 2.7 ℃，蠕动泵泵速 40 r/min，冷却气流量 14 L/min，辅助气流量 0．80 L/min，采样深度 5．0mm，雾化器流量1.1 L/min，炬管水平位置-1.4，炬管垂直位置-0.90。

3 结果与结论

3.1 小麦各器官中硼含量的总体变化特征

小麦各器官硼含量如表2所示。由表2可看出，小麦中硼含量为0.5～50 μg /g，各采样点的小麦同一器官中硼含量差别较大，但在多数采样点下，表现出麦芒、根、茎中硼较多，叶和种子中硼相对较少。

表2 不同采样点小麦器官中硼含量 (单位：μg/g)

3.2 小麦麦芒、种子、茎中硼含量与土壤中硼含量分布特征

由图1可以看出，麦芒中硼含量一般高于茎和种子，说明麦芒可能对硼有较强的富集效应。麦芒、种子、茎中硼含量与土壤中硼含量变化趋势非常接近：从入海口到朱里，硼含量一般呈下降趋势，到徐家庄和尚家庄硼含量先上升后下降，说明土壤中有效硼的含量对小麦麦穗(种子、麦芒)中硼含量影响很大。土壤中硼含量较高时麦穗中硼含量也较高，这与严红等[9]报道的结论相一致。

图1 小麦茎、麦芒、种子和土壤中硼含量与采样地点关系图

3.3 小麦根、叶中硼含量与土壤、水中硼含量分布特征

由表2可以看出，根、叶中硼含量在入海口处出现最大值。说明海水对小麦中硼的吸收可能具有较大的影响。除入海口外，其他采样点的土壤、水与小麦根、叶中硼含量变化见图2。图2显示，小麦根中硼含量高于叶，叶中硼变化与水中硼变化趋势非常接近，从昌邑到尚家庄呈递减趋势。叶中硼含量变化不受土壤中硼的影响，这可能是因为叶中的水分含量较大。小麦根中硼含量变化与土壤中的呈相反关系，土壤中硼含量较高时，小麦根中硼含量反而最低，而土壤中硼含量最低时，小麦根中硼含量反而最高。Hu等[12]利用硼同位素发现，向日葵根以及南瓜根中硼的吸收与外界硼浓度在很大范围内是呈线性关系的，但小麦的根部硼含量呈相反的趋势。何建新[13]研究表明，高浓度硼供应时硼吸收依靠蒸腾作用被动吸收，低浓度硼供应时硼吸收依赖能量主动吸收。这说明可能昌邑和徐家庄处硼含量过高，影响了根对硼的吸收效率。

图2 小麦根、叶中硼含量与土壤、水中硼含量变化关系图