葉面噴施納米硅提高水稻葉片鎘固持量的機(jī)理

關(guān)鍵詞：稻米鎘含量；納米硅肥；葉片鎘固持量；細(xì)胞壁羥基官能團(tuán)；果膠合成基因OsGAUT1；果膠合成基因OsGAUT4

水稻作為我國主要的糧食作物，相比玉米和小麥等作物具有較強(qiáng)的鎘（Cd）吸收及積累能力[1?3]。如何有效降低稻米Cd含量，對(duì)保障我國水稻安全生產(chǎn)及人體健康具有重要意義。水稻的根、莖、葉組織對(duì)體內(nèi)重金屬Cd的跨膜運(yùn)輸和在組織間的轉(zhuǎn)運(yùn)有明顯的攔截作用[4]。葉片作為水稻積累Cd的主要器官之一，所積累的Cd在水稻生育后期的活化及韌皮部轉(zhuǎn)運(yùn)是籽粒Cd的重要來源[5]，葉片對(duì)Cd的滯留能力越強(qiáng)，越有助于降低水稻籽粒Cd的積累。葉面阻控技術(shù)是目前一種降低稻米重金屬Cd含量的措施[6?8]，該技術(shù)通過在水稻生育期葉面噴施營養(yǎng)物質(zhì)、植物調(diào)節(jié)劑等葉面阻控劑，進(jìn)而降低灌漿期Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)來降低稻米Cd含量。

硅（Si）是水稻必需營養(yǎng)物質(zhì)，可通過改善細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)、提高光合作用和抗氧化系統(tǒng)酶活性等方式減緩Cd對(duì)水稻的毒害[9]。Cd污染條件下，葉面施Si可提高水稻品種WYHZ的凈光合速率從而增強(qiáng)其光合作用[10]。Wang等[11]的研究表明，葉面噴施納米Si可減輕Cd脅迫對(duì)水稻造成的氧化損傷。目前，我國大面積施用的葉面阻控劑多為含硅（Si）材料[12]，通過葉面施Si降低水稻籽粒Cd含量已成為Cd污染稻田安全利用的常用方法之一，但其效果穩(wěn)定性受水稻品種的影響。Zhao等[13]報(bào)道，葉面施Si降低JLY1377、MXZ2和LY900品種籽粒中Cd積累，但分別增加WY1179和YHSM品種籽粒Cd含量15.7%和24.1%，這與葉片中Cd的賦存形態(tài)有關(guān)。Gao等[10]也發(fā)現(xiàn)，葉面施Si可以顯著降低Cd轉(zhuǎn)運(yùn)能力強(qiáng)的水稻品種WYHZ籽粒Cd含量，但對(duì)NJ5055和ZF1Y2品種無顯著影響。Lu等[14]根據(jù)葉面施Si后糙米Cd含量的變化情況，將4個(gè)水稻品種分為：2個(gè)Si抑制品種（施Si后糙米Cd含量降低，降幅分別為51.5%和60.6%）和2個(gè)Si不敏感品種（施Si后糙米Cd含量無顯著變化）。

本研究選取葉面噴施納米Si后糙米降Cd率有顯著差異的3個(gè)水稻品種，基于水稻生育后期葉片Cd活化及轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)水稻籽粒Cd積累的重要影響，探究葉面噴施納米Si對(duì)不同水稻品種Cd積累分配的影響，并從葉片生理及分子的角度研究不同水稻品種對(duì)葉面施Si的響應(yīng)差異及其機(jī)制，從理論上完善葉面噴施納米Si對(duì)水稻籽粒Cd積累的影響機(jī)制，為含Si葉面阻控劑的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤為灰潮土，采自四川省都江堰市浦陽鎮(zhèn)雙柏村。其基本理化性質(zhì)為：pH7.20、全氮0.71g/kg、有效磷13.35mg/kg、速效鉀34.65mg/kg、全Cd0.15mg/kg、有效Cd0.07mg/kg。

供試水稻品種：常規(guī)稻雅恢2816、二系雜交稻Y兩優(yōu)1號(hào)和三系雜交稻宜香優(yōu)2115，均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供。

供試肥料：尿素（N46%）、磷酸二氫鉀（P2O552%、K2O34%）、氯化鉀（K2O63%），均為分析純。

供試Si制劑為納米Si，參照王世華等[15]的方法進(jìn)行配制而成，即先稱取0.3584g硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O）溶于475mL蒸餾水，加入10mL無水乙醇混勻后攪拌0.5h，然后將10mL無水乙醇與5mL吐溫80的混合液緩慢滴入，充分?jǐn)嚢?h，即制得含硅酸鈉2.5mmol/L的試劑，制備過程在室溫下進(jìn)行，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.2盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

采用盆栽試驗(yàn)，設(shè)Cd處理下不施Si（CK）和水稻生育后期葉面噴施納米Si（+Si）兩個(gè)處理。每盆裝土15kg，Cd添加量為4mg/kg土，每個(gè)處理8盆，共48盆，完全隨機(jī)排列。

Cd以CdCl2·2.5H2O形式用水溶解后施入土壤，與土壤混合均勻，并加水高出土面3～4cm，陳化30天待用，平衡后測(cè)定土壤有效Cd含量為1.07mg/kg。氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥用量分別為150、100、105mg/kg土，分別以尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀形式配成溶液，于水稻移栽前1周施入土壤并混合均勻。水稻種子經(jīng)消毒、催芽后于育苗盤中培養(yǎng)至三葉一心時(shí)，選取長勢(shì)一致的秧苗移栽，每盆2株，于水稻抽穗期和灌漿期分別噴施1次Si制劑，施用量為每盆50mL，采用自然光照，并進(jìn)行常規(guī)水肥管理。

1.3細(xì)胞壁等溫吸附和吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

等溫吸附試驗(yàn)設(shè)50、100、200、400、500、1000、1500、2000、3000μg/L共9個(gè)Cd濃度。取0.02g左右細(xì)胞壁于50mL離心管，加入上述各濃度梯度Cd吸附液5.0mL，于室溫下震蕩24h，取上清液保存待測(cè)。

吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)中Cd吸附液濃度為1000μg/L。稱取0.02g左右細(xì)胞壁于50mL離心管，加入上述Cd吸附液5mL，于室溫下震蕩，分別在10、20、30、40、50、60、80、120min收集1次吸附后的溶液保存待測(cè)。

1.4樣品的采集與制備

于成熟期采集水稻地上部，每桶兩株為1個(gè)混合樣，用去離子水潤洗擦干后分為莖稈、倒一葉、倒二葉、倒三葉和籽粒，籽粒用于制備糙米，各部位樣品于105℃下殺青30min，75℃烘干至恒重后粉碎用于Cd含量分析。

于灌漿期采集倒一葉、倒二葉、倒三葉鮮樣，經(jīng)液氮速凍后儲(chǔ)存于?80℃冰箱，用于相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.5測(cè)定項(xiàng)目及方法

亞細(xì)胞組分分離：參照Zhao等[16]采用差速離心法將組分分為細(xì)胞壁、可溶部分和細(xì)胞器。

細(xì)胞壁的制備：取新鮮根系在液氮中磨勻后，依次用預(yù)冷的75%乙醇、丙酮、氯仿∶甲醇（1∶1，V/V）、甲醇洗滌，每試劑重復(fù)洗滌3次，殘?jiān)礊榧?xì)胞壁，冷凍干燥后保存[17]。

細(xì)胞壁多糖提?。翰捎弥鸩教崛》▽⒗鋬龈稍锏募?xì)胞壁進(jìn)一步提取，分離為果膠、半纖維素1和半纖維素2[18]。

糖醛酸含量測(cè)定：采用間羥基聯(lián)苯比色法測(cè)定。取果膠提取液1.0mL，在冰浴條件下加入5.5mL0.0125mol/L硫酸?四硼酸鈉溶液混勻，沸水浴5min，冰浴冷卻至室溫后加入0.1mL0.15%間羥基聯(lián)苯溶液混勻，靜置20min于520nm比色[19]。

總糖含量測(cè)定：取半纖維素提取液0.5mL于試管中，加蒸餾水稀釋到1mL，加入5%苯酚溶液2mL混合后，迅速加入5mL濃硫酸，混勻后室溫放置30min，100℃沸水浴15min，在波長490nm處測(cè)定吸光度[20]。

Cd含量：樣品用HNO3進(jìn)行消解，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定Cd濃度[21]。

細(xì)胞壁官能團(tuán)測(cè)定：采用傅里葉紅外光譜儀測(cè)定，掃描范圍為4000～400cm?1，以4cm?1分辨率掃描64次。

果膠甲酯酶活性：采用ELISA酶聯(lián)免疫試劑盒（上海）測(cè)定。

總RNA提取：采用Trizol法（TotalRNAExtractor，生工生物工程有限公司）提取，采用PrimeScriptTMRT試劑盒（Takara，日本）進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。

實(shí)時(shí)熒光定量PCR：采用TBGreenPremixExTaqII（TliRNaseHPlus，Takara，日本），體系為25μL（12.5μLTaq酶，1μL正向引物，1μL反向引物，2μLDNA模板，8.5μL滅菌水），程序?yàn)椋?5℃30s，95℃5s，60℃30s，72℃30s40個(gè)循環(huán)），經(jīng)CFX系統(tǒng)（BIO-RAD，America）完成。引物由SangonBiotech（生物工程有限公司）進(jìn)行合成，引物序列如表1[22]。

1.6數(shù)據(jù)分析及處理

Cd吸附量的計(jì)算公式：式中，qe表示Cd吸附量（mg/g）；C0、Ce分別表示吸附液初始Cd濃度和吸附平衡時(shí)溶液Cd濃度（mg/L）；v表示吸附液體積（mL）；m表示細(xì)胞壁組分用量（g）。

細(xì)胞壁Cd的等溫吸附采用Langmuir方程和Freundich方程進(jìn)行擬合，吸附動(dòng)力學(xué)采用準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合（表2）。

以O(shè)sUBQ5作為內(nèi)參基因，基因相對(duì)表達(dá)量采用2?△△CT法計(jì)算[23]。采用SPSS27.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇LSD法進(jìn)行多重比較，采用Origin2018和Excel2016制作圖表。

2結(jié)果與分析

2.1葉面噴施納米Si對(duì)水稻地上部Cd積累分配的影響

由表3可知，Cd處理下，葉面噴施納米Si對(duì)3個(gè)水稻品種地上部Cd積累量均無顯著影響，且Cd在地上部各器官的分配比例均表現(xiàn)為莖稈gt;籽粒gt;葉片。葉面噴施納米Si后，3個(gè)水稻品種莖稈Cd的分配均有增加，增幅為4～5個(gè)百分點(diǎn)，籽粒Cd的分配均有降低，降幅為1～7個(gè)百分點(diǎn)。但葉片Cd的分配則因品種的不同而差異明顯，雅恢2816和宜香優(yōu)2115葉片Cd的分配比例增加，而Y兩優(yōu)1號(hào)則有所降低，同時(shí)雅恢2816和宜香優(yōu)2115糙米Cd含量也顯著降低，降幅分別為21%和32%，而Y兩優(yōu)1號(hào)糙米Cd含量并無顯著變化（圖1），表明葉面噴施納米Si對(duì)不同水稻品種地上部Cd積累分配的影響存在明顯差異。

對(duì)3個(gè)品種各葉位功能葉Cd含量和積累量的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)（表4），CK和+Si處理下，3個(gè)水稻品種各葉位Cd含量和積累量均表現(xiàn)為倒三葉gt;倒二葉gt;倒一葉，+Si處理下，雅恢2816和宜香優(yōu)2115的倒二葉Cd含量和積累量有顯著增加，為對(duì)照的1.3～2.5倍，而Y兩優(yōu)1號(hào)的倒二葉無顯著變化。對(duì)3個(gè)水稻品種成熟期不同葉位Cd積累量與糙米Cd含量進(jìn)的相關(guān)性分析結(jié)果（表5）顯示，雅恢2816和宜香優(yōu)2115糙米Cd含量與倒二葉Cd積累量呈顯著負(fù)相關(guān)，而Y兩優(yōu)1號(hào)糙米Cd含量與不同葉位Cd積累量的相關(guān)性不顯著。由此得出，倒二葉Cd固持響應(yīng)差異，是造成葉面噴施納米Si對(duì)不同水稻品種地上部各器官Cd分布有明顯差異的主要原因。

2.2葉面噴施納米Si對(duì)水稻倒二葉亞細(xì)胞Cd分布的影響

從圖2可見，3個(gè)水稻品種倒二葉Cd均主要分布在細(xì)胞壁中，占比為55.6%～81.1%，其次是細(xì)胞可溶部分和細(xì)胞器。葉面噴施納米Si增加了雅恢2816和宜香優(yōu)2115細(xì)胞壁中Cd的分配比例和Cd含量（圖3），Cd含量分別是對(duì)照的1.52和1.95倍，而對(duì)Y兩優(yōu)1號(hào)細(xì)胞壁Cd的分配比例和含量均無顯著變化。此外，葉面噴施納米Si后，宜香優(yōu)2115細(xì)胞可溶部分Cd含量也顯著增加，為CK的1.87倍。

2.3葉面噴施納米Si對(duì)葉片細(xì)胞壁Cd吸附特征的影響

基于細(xì)胞壁等溫吸附和吸附動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)對(duì)細(xì)胞壁Cd的吸附特征進(jìn)行分析（表6），Langmuir方程（擬合單分子層吸附）和Freundlich方程（擬合多分子層吸附）均可較好的擬合等溫吸附參數(shù)，其中Langmuir方程R2為0.94～0.99，F(xiàn)reundlich方程R2為0.84～0.95，Langmuir方程的擬合度整體優(yōu)于Freundlich方程。葉面噴施納米Si增加了雅恢2816和宜香優(yōu)2115飽和吸附量（qe），增幅分別為13.72%和42.81%，而對(duì)于Y兩優(yōu)1號(hào)而言，其增幅僅為9.11%。進(jìn)一步分析吸附動(dòng)力學(xué)方程的擬合參數(shù)（表7），準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合R2為0.81～0.94，而準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合度更好，其R2為0.90～0.99。表明3個(gè)水稻品種倒二葉細(xì)胞壁對(duì)Cd的吸附以化學(xué)吸附為主。結(jié)合葉片細(xì)胞壁的等溫吸附特征可以得出，3個(gè)水稻品種倒二葉細(xì)胞壁均以化學(xué)吸附為主，且葉面噴施納米Si對(duì)雅恢2816和宜香優(yōu)2115倒二葉細(xì)胞壁Cd吸附能力的提升幅度更大。

2.4葉面噴施納米Si對(duì)葉片細(xì)胞壁各組分Cd含量和官能團(tuán)的影響

細(xì)胞壁分為初生壁和次生壁，其中初生壁包括果膠、半纖維素和纖維素等大分子，在與Cd的結(jié)合中發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步分析細(xì)胞壁組分Cd分布（圖4），發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁中的Cd主要分布在果膠中，占總量的51.1%～61.1%。此外，葉面噴施納米Si顯著增加雅恢2816和宜香優(yōu)2115果膠含量（圖5），增幅分別為134%和94%，同時(shí)增加其果膠中的Cd含量（圖6），分別提升了43%和19%。此外，雅恢2816半纖維素1中的Cd含量提升了17%，而葉面噴施納米Si后Y兩優(yōu)1號(hào)細(xì)胞壁各組分中的Cd含量均無顯著變化。

通過傅里葉進(jìn)一步分析細(xì)胞壁表面官能團(tuán)，葉面噴施納米Si對(duì)3個(gè)水稻品種葉片細(xì)胞壁官能團(tuán)種類影響不大，但均增加了各官能團(tuán)的相對(duì)峰面積（圖7）。不同處理下，3個(gè)水稻品種葉片細(xì)胞壁均檢測(cè)到相似的特征峰，包括多糖類的羥基（?OH）伸縮振動(dòng)特征峰、（C?Hn）的伸縮振動(dòng)特征峰、酰胺類（C＝O）的伸縮振動(dòng)特征峰、碳?氧單鍵（C?O）等特征峰，且由各官能團(tuán)的相對(duì)峰面積（表8）可知，3個(gè)水稻品種葉片細(xì)胞壁表面羥基（?OH）官能團(tuán)的相對(duì)峰面積最大，范圍在15.63～43.10，為細(xì)胞壁的主要官能團(tuán)。Cd處理下，葉面噴施納米Si均可增加3個(gè)水稻品種葉片細(xì)胞壁各官能團(tuán)的相對(duì)峰面積。相較于Y兩優(yōu)1號(hào)，葉面噴施納米Si對(duì)雅恢2816和宜香優(yōu)2115羥基（?OH）相對(duì)峰面積增加更多，分別提高了43.99%和74.21%，表明其更有利于細(xì)胞壁與Cd的結(jié)合。此外，雅恢2816葉片細(xì)胞壁樣品在668cm?1波段處出現(xiàn)多糖類C?C/Mn?O、C?O?H和Fe?O特征峰（表9）。

2.5葉面噴施納米Si對(duì)葉片細(xì)胞壁果膠合成和修飾的影響

由以上分析可得，葉面噴施納米Si通過增加果膠中的Cd含量從而增強(qiáng)雅恢2816和宜香優(yōu)2115倒二葉細(xì)胞壁對(duì)Cd的固持。果膠含量越高和甲酯化程度越低越有利于增強(qiáng)果膠對(duì)Cd的結(jié)合能力。葉面噴施納米Si對(duì)Y兩優(yōu)1號(hào)倒二葉細(xì)胞壁果膠合成基因OsGAUT1、OsGAUT4、OsGAUT7和OsQUA1表達(dá)量（圖8）、果膠甲酯酶活性（圖9）及其相關(guān)基因OsPME12和OsPME14的相對(duì)表達(dá)量（圖10）均無顯著影響，但顯著上調(diào)雅恢2816和宜香優(yōu)2115OsGAUT1和OsGAUT4的相對(duì)表達(dá)量，為對(duì)照的2.0～5.9倍，同時(shí)也顯著上調(diào)雅恢2816OsGAUT7的相對(duì)表達(dá)量，而兩品種果膠甲酯酶活性及其相關(guān)基因在處理間無顯著差異。

3討論

3.1葉面噴施納米Si對(duì)水稻葉片Cd固持的影響

本研究結(jié)果表明，葉面噴施納米Si處理下，葉片Cd分配的變化差異是造成不同水稻品種地上部各器官Cd積累分配有明顯差異的主要原因。葉面噴施納米Si通過增加水稻倒二葉Cd固持進(jìn)而降低雅恢2816和宜香優(yōu)2115糙米Cd含量。水稻生育后期葉片中Cd的活化及其韌皮部轉(zhuǎn)運(yùn)是籽粒中Cd的重要來源[24]。在本研究中，葉面噴施納米Si并未影響3個(gè)水稻品種地上部Cd積累量但降低了雅恢2816和宜香優(yōu)2115糙米Cd含量，說明葉面噴施納米Si通過影響水稻地上部Cd的分配從而降低糙米Cd含量。Lu等[14]的研究結(jié)果表明，葉面施Si是通過抑制節(jié)間Ⅰ向籽粒的Cd轉(zhuǎn)運(yùn)從而顯著降低TY390和YXY2兩個(gè)水稻品種糙米Cd含量。而本研究中，相較于Y兩優(yōu)1號(hào)，雅恢2816和宜香優(yōu)2115成熟期葉片Cd分配比例增加，同時(shí)就不同葉位而言，倒二葉Cd的含量和積累量顯著提升，說明倒二葉是造成葉面噴施納米Si后3個(gè)水稻品種糙米Cd含量變化差異的關(guān)鍵部位。

細(xì)胞壁是攔截Cd進(jìn)入植物細(xì)胞的第一道屏障，因此，Cd脅迫下植物優(yōu)先將Cd固定在細(xì)胞壁中，以降低Cd對(duì)植物的毒害[25?26]。本研究中，3個(gè)水稻品種倒二葉Cd的亞細(xì)胞分布特征均表現(xiàn)為細(xì)胞壁gt;可溶部分gt;細(xì)胞器，表明細(xì)胞壁是葉片固定Cd的主要亞細(xì)胞組分。目前已有研究報(bào)道，外源施Si能夠顯著減少水稻細(xì)胞對(duì)Cd的吸收，通過將Cd固定在細(xì)胞壁表面形成沉淀，從而抑制Cd進(jìn)一步向上運(yùn)輸[27]。本研究結(jié)果顯示，葉面噴施納米Si增加雅恢2816和宜香優(yōu)2115倒二葉細(xì)胞壁Cd的分配，表明葉面噴施納米Si增加葉片細(xì)胞壁Cd的固定，進(jìn)而增強(qiáng)葉片Cd固持，減少葉片中的Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.2葉面噴施納米Si對(duì)水稻葉片細(xì)胞壁Cd固持作用的影響

本研究結(jié)果表明，葉面噴施納米Si通過促進(jìn)雅恢2816和宜香優(yōu)2115葉片（倒二葉）細(xì)胞壁果膠合成，進(jìn)一步提高細(xì)胞壁羥基豐度，從而為Cd提供更多結(jié)合位點(diǎn)，提升細(xì)胞壁對(duì)Cd的吸附能力并增強(qiáng)其葉片Cd固持。目前，為了深入研究吸附劑的表面特性及其與金屬離子的相互作用力，常采用等溫吸附和吸附動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行探究[28?29]。本研究中，Langmuir方程擬合度整體優(yōu)于Freundlich方程，表明3個(gè)水稻品種倒二葉細(xì)胞壁同時(shí)存在單分子層吸附和多分子層吸附，但主要以單分子層吸附為主。相比于Y兩優(yōu)1號(hào)，葉面施Si對(duì)雅恢2816和宜香優(yōu)2115飽和吸附量和吸附強(qiáng)度提升幅度更大，可見葉面噴施納米Si對(duì)雅恢2816和宜香優(yōu)2115吸附能力的貢獻(xiàn)度更高。此外，3個(gè)水稻品種倒二葉細(xì)胞壁對(duì)Cd的吸附方式均主要為化學(xué)吸附，吸附力來源于細(xì)胞壁官能團(tuán)與Cd的結(jié)合以及電子轉(zhuǎn)移等。

細(xì)胞壁中果膠、半纖維素、纖維素等多糖類物質(zhì)帶有大量的負(fù)電荷，與Cd結(jié)合能力較強(qiáng)[30]。初生壁30%由果膠構(gòu)成，但70%負(fù)電官能團(tuán)來源于果膠，是細(xì)胞壁中Cd的主要結(jié)合位點(diǎn)[31]。本研究中，3個(gè)水稻品種倒二葉細(xì)胞壁各組分中的Cd均主要分布在果膠中，表明葉片細(xì)胞壁中的Cd主要與果膠結(jié)合。Cd脅迫會(huì)誘導(dǎo)植物細(xì)胞壁果膠合成，如水稻和番茄細(xì)胞壁中半乳糖醛酸（果膠的主要組成單糖之一，常用于表征果膠含量變化）含量隨Cd脅迫程度增加而增加[32?33]。果膠合成過程及其含量變化受多基因共同調(diào)控，并與植物生長條件的變化密切相關(guān)。GAUT1是合成半乳糖醛酸（GalA）的關(guān)鍵酶，Cd脅迫下其在紫花苜蓿細(xì)胞壁中的表達(dá)量明顯提高[34]；GAUT4是一種半乳糖醛酸轉(zhuǎn)移酶，下調(diào)GAUT4可減少半乳糖醛酸[35]；免疫共沉淀、MS測(cè)序和雙分子熒光互補(bǔ)結(jié)果顯示，GAUT1與同源蛋白GAUT7共同參與果膠合成[36]；Cd脅迫下番茄細(xì)胞壁果膠含量隨果膠合成基因SIQUA1表達(dá)量的上調(diào)而增加[33]。本研究中，葉面噴施納米Si顯著上調(diào)雅恢2816和宜香優(yōu)2115細(xì)胞壁果膠合成基因OsGAUT1和OsGAUT4表達(dá)量并提高其果膠糖醛酸含量，同時(shí)果膠中的Cd含量也顯著增加，表明葉面噴施納米Si促進(jìn)細(xì)胞壁果膠的合成從而可以使細(xì)胞壁提供更多的Cd結(jié)合位點(diǎn)。果膠對(duì)Cd的結(jié)合能力不僅與其糖醛酸含量有關(guān)，還受果膠酯化度的影響[37]。果膠甲酯酶可以促進(jìn)果膠去甲酯化，從而增加Cd的結(jié)合位點(diǎn)[34，38]。在本研究中，葉面噴施納米Si對(duì)3個(gè)水稻品種細(xì)胞壁果膠甲酯酶活性和果膠甲酯酶相關(guān)基因的相對(duì)表達(dá)量均無顯著影響，表明其果膠去甲酯化過程并未受到顯著影響。果膠對(duì)Cd的滯留作用與其酸性官能團(tuán)的數(shù)目有關(guān)，該部分官能團(tuán)主要來源于果膠中糖醛酸提供的羥基和羧基[39?40]。本研究中，3個(gè)水稻品種細(xì)胞壁表面官能團(tuán)均以羥基的相對(duì)峰面積最大，葉面噴施納米Si增加細(xì)胞壁各官能團(tuán)的相對(duì)峰面積，且對(duì)雅恢2816和宜香優(yōu)2115羥基相對(duì)峰面積的提升均大于Y兩優(yōu)1號(hào)，說明葉面噴施納米Si通過提高羥基豐度從而為其細(xì)胞壁提供更多的Cd結(jié)合位點(diǎn)。綜上，相較于Y兩優(yōu)1號(hào)，葉面噴施納米Si通過促進(jìn)雅恢2816和宜香優(yōu)2115倒二葉細(xì)胞壁果膠合成，從而為細(xì)胞壁提供更多的羥基結(jié)合位點(diǎn)并增強(qiáng)倒二葉細(xì)胞壁Cd固持，其調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

4結(jié)論

葉面噴施納米Si對(duì)水稻糙米Cd含量的降低效果因品種不同而差異明顯，其原因在于葉面噴施納米Si對(duì)不同水稻品種葉片Cd固持能力的影響存在差異。葉面噴施納米Si可增強(qiáng)雅恢2816和宜香優(yōu)2115葉片尤其是倒二葉對(duì)Cd的固持，但對(duì)Y兩優(yōu)1號(hào)葉片Cd的固持無顯著影響。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)雅恢2816和宜香優(yōu)2115而言，其倒二葉Cd固持能力的增強(qiáng)，在于葉面噴施納米Si促進(jìn)果膠羥基官能團(tuán)與Cd的結(jié)合，從而提高兩品種葉片細(xì)胞壁對(duì)Cd的吸附能力，同時(shí)，兩品種細(xì)胞壁果膠合成基因的上調(diào)表達(dá)有助于增強(qiáng)葉片對(duì)Cd的固持；但對(duì)Y兩優(yōu)1號(hào)而言，細(xì)胞壁果膠合成和去甲酯化基因相對(duì)表達(dá)量均無顯著變化。綜上，葉片Cd固持相關(guān)生理以及分子層面的響應(yīng)差異，是造成葉面施Si對(duì)不同水稻品種糙米降Cd效應(yīng)存在顯著差異的主要原因。