濰河區域生境小麥中硼的分布特征研究

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]，作為植物體結構組成成分，硼不參與氧化還原反應，只促進碳水化合物的正常運轉、植物體生殖器官的建成和發育、細胞分裂和細胞伸長等，硼還參與光合作用、核酸及蛋白質的合成和由多酚氧化酶所活化的氧化系統，能提高作物的抗逆性[2-3]。無硼影響小麥的營養生長，缺硼不影響小麥的營養生長，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，其產量高低受硼的影響非常大[8]。硼的濃度對小麥體內碳水化合物運輸及小麥不同器官的生長發育均有重要影響[9-10]。本實驗采集濰河沿岸樣品，研究小麥及其生長環境的土壤和水中硼含量的變化，對深入研究不同生長環境中硼對小麥的生長發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均為優級純試劑。硼標準溶液(1000 μg/mL，國家標準物質中心)，，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

小麥各器官樣品經超純水反復沖洗，以除去表面的附著物和雜質。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譜儀(ICP-MS)測定樣品中硼含量。 質譜儀工作參數：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 結果與結論

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，但在多數采樣點下，表現出麥芒、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。麥芒、種子、莖中硼含量與土壤中硼含量變化趨勢非常接近：從入海口到朱里，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。除入海口外，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]利用硼同位素發現，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是呈線性關系的，但小麥的根部硼含量呈相反的趨勢。何建新[13]研究表明，高濃度硼供應時硼吸收依靠蒸騰作用被動吸收，低濃度硼供應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、水中硼含量變化關系圖