袁源遠(yuǎn)，顏 曉，2，陳 晨，盧志紅，2*，吳建富，2，魏雪嬌

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045；3.廈門海關(guān)技術(shù)中心，福建 廈門 361013）

【研究意義】銅作為植物所必需的微量營養(yǎng)元素之一，同時，也是污染環(huán)境的主要重金屬元素之一[1]。最新發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公報[2]顯示，銅的點位超標(biāo)率為2.7%，在所有污染因子中排第四，作為耕地主要污染因子之一，嚴(yán)重影響了農(nóng)田作物產(chǎn)量和品質(zhì)。【前人研究進(jìn)展】銅參與植物多種重要的生理代謝活動，如光合作用、呼吸作用以及氧化應(yīng)激保護(hù)等[3-4]。研究表明土壤中適量銅有助于作物的生長發(fā)育，而過量銅元素導(dǎo)致的銅脅迫則會對植物體產(chǎn)生毒害作用。相關(guān)研究顯示，銅脅迫對農(nóng)作物的毒害作用主要是通過誘導(dǎo)植物細(xì)胞產(chǎn)生并積累大量活性氧，引起氧化脅迫，使得膜脂過氧化，從而破壞植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡[5]。同時，土壤中銅濃度過高還會破壞水稻光合系統(tǒng)穩(wěn)定、降低氧化還原體系中的相關(guān)酶活性。前人研究發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)存在兩類防御系統(tǒng)可有效清除活性氧：一類是非酶促防御系統(tǒng)，以抗壞血酸（AsA），谷胱甘肽（GSH）等含硫小分子物質(zhì)的抗氧化物質(zhì)為主；一類是酶促防御系統(tǒng)，以過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化酶類為主[6]。【本研究切入點】大量研究結(jié)果[7-10]表明，硫元素和硅元素對于穩(wěn)固水稻細(xì)胞結(jié)構(gòu)，維持光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定以及提高氧化還原相關(guān)酶活性具有重要意義，施用硫肥和硅肥在很大程度上可以減緩重金屬污染對農(nóng)作物所造成的危害。硫元素作為植物生長所必需的中量營養(yǎng)元素之一[11]，是半胱氨酸（Cyst）、谷胱甘肽（GSH）、植物螯合肽（PCs）及金屬硫蛋白（MT）等含硫有機(jī)化合物的重要組成部分[12]。這些非蛋白巰基化合物和硫又構(gòu)成了植物體內(nèi)重要的防御系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育和植物對逆境條件的反應(yīng)中起著重要作用，在很大程度上可以緩解因重金屬毒害引起的植物體內(nèi)自由基所產(chǎn)生的氧化脅迫[7,13]。有研究表明[9,14]，在缺硫狀態(tài)下，植株體內(nèi)Cyst、GSH、PCs 含量和蛋白質(zhì)水平等顯著下降，導(dǎo)致植物體生長遲緩，抵御非生物脅迫能力低下。施加硫肥可增加水稻體內(nèi)半胱氨酸和谷胱甘肽等的含量，促進(jìn)銅元素的遷移并降低銅的生物有效性，緩解銅脅迫對水稻植株的毒害[15-16]。硅元素雖然目前仍被認(rèn)為是高等植物的非必需元素，但對于調(diào)節(jié)植物體的整個生理代謝過程以及提高對外界脅迫的抵抗能力意義重大。尤其在改善由過量金屬誘導(dǎo)的植物毒性方面，硅元素起著極為重要的作用，此外，還能增加植物的生物量積累和作物產(chǎn)量[17-18]。故施用硅肥還是較為普遍的一種減輕重金屬脅迫的方法。水稻作為喜硅作物，對硅元素的需求也遠(yuǎn)高于其他植物體。已有學(xué)者研究表明[10,19]，硅元素對重金屬的緩解除了限制根部對金屬離子的吸收和固定外，主要就是通過調(diào)節(jié)次生代謝產(chǎn)物的合成、代謝和修飾，改變各種抗氧化劑的活性來影響植物的氧化狀態(tài)，改善膜的穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)脅迫耐受性。施加硅肥后，還可通過提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化防御系統(tǒng)相關(guān)酶活性，降低活性氧引起的氧化損傷，從而提高亞麻植株對銅毒害的抗性[20]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，合理調(diào)節(jié)硫、硅營養(yǎng)元素的供應(yīng)狀況可能影響到植物對過量銅的耐性。本研究基于硫硅元素可有效調(diào)節(jié)植物體抗逆性，以水稻為材料，探討外源硫、硅肥配施對稻田銅污染下水稻幼苗生長及其生理特性的影響，為闡明硫、硅肥緩解銅污染對水稻毒害機(jī)理提供理論依據(jù)，以期為防止水稻幼苗銅危害提供相應(yīng)的解毒途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2013年在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技園網(wǎng)室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為東鄉(xiāng)銅礦孝崗鎮(zhèn)張坊鄉(xiāng)被污染農(nóng)田的耕層土，肥力中上，質(zhì)地為壤土，有機(jī)質(zhì)22.39 g/kg，堿解氮153.47 mg/kg，速效磷28.63 mg/kg，速效鉀97.09 mg/kg，全量銅213.82 mg/kg，有效銅89.77 mg/kg，pH值4.31，有效硫40.89 mg/kg，有效硅196.45 mg/kg。

供試品種為常規(guī)稻中早25；硫肥采用硫磺，其中含S 99.99%；硅肥用分析純硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O），其中含SiO221%。

1.2 試驗設(shè)計

共設(shè)9個處理（表1），硫磺設(shè)3水平，分別含S為0，0.013，0.026 g/kg，分別表示為S0、S1、S2；硅酸鈉設(shè)3水平，分別含Si為0，0.05，0.1 g/kg，分別表示為Si0、Si1、Si2。此試驗為完全隨機(jī)設(shè)計，重復(fù)4次，共計36盆。

表1 試驗設(shè)計Tab.1 Design of experiment

試驗盆缽為白色塑料盆，盆長30 cm，寬20 cm，高10 cm，每盆裝風(fēng)干土7.5 kg。播種前1個星期加入化學(xué)純氯化銅，使土壤含銅量（以純Cu 計算）達(dá)到400 mg/kg（國家農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)[21]），施入后與盆中土攪拌均勻，盆缽?fù)撩嫔媳３炙畬?，使土壤與外源銅平衡。各處理土壤供肥（N、P2O5、K2O）水平相同，播種前1 d 每盆基肥施純N 0.24 g、P2O50.19 g、K2O 0.33 g 及相對應(yīng)的硅肥于盆中與土攪拌均勻，硫磺施入與表層土混合均勻。第2 天每盆擺播已露白種子150 顆并塌谷。發(fā)芽前保持濕潤，出芽保持淺水層。一葉一心時每盆追施純N 0.1 g。均以不施硫磺和硅酸鈉處理為對照，隨機(jī)排列，所用肥料分別為尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀，其他管理措施一致，灌溉水用自來水。

1.3 測定指標(biāo)與方法

（1）水稻幼苗50 d后取樣素質(zhì)考查及生物量的測定[22]。（2）水稻幼苗生長50 d后取樣用自來水沖洗泥土，再用蒸餾水沖洗2次，分根、莖葉兩部分，先在105 ℃恒溫箱中殺青0.5 h，再在70 ℃條件下烘干稱量。（3）葉片丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）測定[23-24]：每處理取混合樣100 株左右，用濕紗布包裹放入冰水中，立即送實驗室處理——用蒸餾水稍微沖洗，再用干紗布擦干，取相對大、寬的葉片，一般去除主脈（若苗太小，則可不除），剪除靠莖端，再把剩余葉片剪成1～2 cm 小段于小燒杯中，立刻用錫紙、捏子稱樣，每份1 g或0.5 g，5～6份備用。用記號筆標(biāo)記，立刻用液氮速凍，再用封口袋裝好，寫好標(biāo)簽，放入超低溫（-70 ℃）冰箱保存，用于丙二醛（MDA）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）以及可溶性蛋白質(zhì)（Pr）、可溶性糖含量的測定。具體測定方法：MDA 含量用TAB 法測定并計算出可溶性糖含量、POD 活性用愈創(chuàng)木酚法測定、CAT 活性測定用消光系數(shù)法、SOD 活性測定用氮藍(lán)四唑光化還原法、Pr含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定。（4）非蛋白質(zhì)巰基總量（NPT）、谷胱甘肽（GSH）、植物螯合肽（PCs）和硫蛋白（MT）含量的測定：非蛋白質(zhì)巰基總量（NPT）的測定參照AshRaft 等[25]的方法，稱取1 g 鮮樣，加入預(yù)冷的5%（V/V）SSA（含6.3 mmol/L DTPA，pH＜1）3 mL和少量石英砂冰浴上充分研磨，4 ℃低溫離心（10 000 r/min）20 min，取上清液0.25 mL加0.5 mL 0.01 mol/L磷酸緩沖液（pH7.5）和3 mL 10 mmol/L 的DTNB，室溫下放置20 min，在412 nm 波長下用分光光度計比色測定；GSH的測定則參照趙旭東等[26]的方法，稱取1 g鮮樣，需加入5 mL 5%的TCA于冰浴中研磨，離心（16 000 r/min）20 min，所得上清液加入1.5 mL 0.1 mmol/L NaOH 調(diào)節(jié)pH值為6～8后加入反應(yīng)液。反應(yīng)液中含0.5 mL水，2.0 mL提取液，0.5 mL 0.2 mol/L磷酸鉀緩沖液（pH 7.0），0.1 mL DTNB（75.3 mg溶于30 mL 0.1 mol/L 緩沖液）以及3%甲醛（pH 8.0）1 mL，以緩沖液代替DTNB 作空白，于波長412 nm 下比色測定。根據(jù)同樣程序制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，植物螯合肽（PCs）的測定采用差減法，即PCs=非蛋白質(zhì)態(tài)巰基總量（NPT）—谷胱甘肽含量（GSH）。

金屬硫蛋白（MT）的測定取1 g鮮樣于研缽中，加入0.01 mol/L，pH 為8.6的Tris-HCl 緩沖液10 mL 充分研磨，后于4 ℃冰箱過夜抽取。抽提液離心（4 ℃，10 000 r/min）30 min，收集上清液并于100 ℃水浴加熱2～3 min，重復(fù)離心20 min，收集上清液。加入3 倍體積-20 ℃預(yù)冷的無水乙醇，于-20 ℃過夜沉淀后，離心（4 ℃，12 000 r/min）20 min。取沉淀加入0.01 mol/L Tris-HCl緩沖液5 mL，溶解數(shù)小時后，離心（4 ℃，15 000 r/min）20 min，收集上清即為MT提取液。取提取液1 mL用Cd-Hb飽和法測定MT含量[27-28]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用Excel軟件計算分析，應(yīng)用Origin Pro 7.0軟件作圖。應(yīng)用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析（Duncan’s法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗生長的影響

2.1.1 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗苗高的影響 由圖1 可看出，硫肥施用能顯著促進(jìn)苗的生長，但與硫肥用量密切有關(guān)，其中S1苗高平均值小于對照，但與對照差異不顯著（P＞0.01），S2苗高平均值顯著高于對照和S1（P＜0.05），增幅分別為4.86%和6.80%。施用硅肥與對照相比苗高增加極顯著（P＜0.01），且苗高隨著硅肥用量的增加而增加，增幅為21.97%～26.42%，但Si1和Si2間苗高差異不顯著。因硫硅肥互作對苗高影響不明顯，故硫、硅肥配施以S2Si2效果最佳，比對照苗高增加了37.03%。相關(guān)分析表明，苗高與單株根、莖葉干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為r＝0.830**、r＝0.894**、與根、莖葉銅含量呈顯著、極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為r＝-0.752*和r＝-0.851**。

圖1 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗苗高的影響Fig.1 Effects of combined application of sulfur and silicon on rice seedling height under copper contamination

2.1.2 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗葉齡和綠葉數(shù)的影響 由圖2可看出，單施硫肥對水稻出葉速率及綠葉數(shù)均有一定影響，且與硫肥用量密切有關(guān)。其中除S2葉齡平均值小于對照，但與對照差異不顯著（P＞0.05），S1葉齡平均值顯著高于對照和S2（P＜0.05），增幅分別為6.54%和7.24%。施用硅肥與對照相比出葉速率明顯提高，差異極顯著（P＜0.01），增幅大致為7.59%～15.17%，Si1和Si2間葉齡差異顯著。此外，硫肥的施用綠葉數(shù)平均值均小于對照，但綠葉數(shù)S1、S2與對照之間無顯著差異（P＞0.05）。施用硅肥與對照相比綠葉數(shù)明顯增多，存在極顯著差異（P＜0.01），增幅為16.13%～19.35%。而硫硅肥互作對葉齡及綠葉數(shù)影響均極顯著（P＜0.01），對于提高出葉速率和增加綠葉數(shù)，硫、硅肥配施均以S2Si1效果最佳，相比于對照，出葉速率提高了約31.11%，綠葉數(shù)增加了30%。

圖2 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗葉齡和綠葉數(shù)的影響Fig.2 Effects of combined application of sulfur and silicon on leaf age and green leaf number of rice seedlings under copper contamination

2.1.3 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗莖基寬的影響 由圖3 可看出，施用硫肥能明顯促進(jìn)莖部的生長，與對照相比，莖基寬增加極顯著（P＜0.01），施用S1，S2的莖基寬平均值均高于對照，增幅分別為7.54%和23.02%，S1和S2間的莖基寬也存在顯著差異。施用硅肥與對照相比莖基寬增加極顯著（P＜0.01），增幅為28.38%～35.38%，但Si1和Si2間莖基寬差異不顯著。硫硅肥互作對莖基寬影響差異極顯著（P＜0.01），其中硫、硅肥配施以S2Si2效果最佳，比對照莖基寬增加了116.36%。

圖3 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗莖基寬的影響Fig.3 Effects of combined application of sulfur and silicon on stem base width of rice seedlings under copper contamination

2.1.4 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗根系的影響 由圖4可看出，施用硫肥對幼苗總根數(shù)有明顯促進(jìn)作用，且與硫肥用量密切相關(guān)，其中S2總根數(shù)平均值略高于對照，而S1總根數(shù)平均值則顯著高于對照和S2，增幅分別為54.81%和18.21%。不同用量硫肥對幼苗最長根長的影響與對照相比，均存在顯著差異，S1、S2的最長根長均值都小于對照。施用硅肥能顯著影響幼苗總根數(shù)（P＜0.01），且Si1和Si2不同用量的效果之間存在明顯差異：相比于對照，Si1幼苗總根數(shù)有所增加，而Si2處理下總根數(shù)大大減少，顯著低于對照與Si1處理。施用硅肥對水稻幼苗最長根長的影響極為顯著，且根長隨硅肥用量的增加而增加，增幅為28.38%～35.37%，且Si1和Si2間最長根長也存在明顯差異。硫硅肥配施對總根數(shù)和最長根長均有顯著影響，其中單施Si1對總根數(shù)的增加效果最佳，比對照增加了180.56%，對根長影響以S2Si2配施效果最為明顯，比對照根長增加了177.46%。

圖4 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗根系的影響Fig.4 Effects of combined application of sulfur and silicon on root system of rice seedlings under copper contamination

2.1.5 硫硅配施對銅污染下水稻生物量的影響 由表2可知，施用硫肥與對照相比可顯著增加地下部分的質(zhì)量，增幅在40.12%～65.27%，S1和S2平均值之間則無明顯差異。此外，施用硫肥對地上部分的質(zhì)量無明顯影響，S1平均值與對照相比略有增加，S2平均值與對照相比略有減少，均與對照差異不顯著（P＞0.05），綜合看來，施用硫肥對根冠比有顯著影響，但與硫肥用量有關(guān)，S1根冠比平均值與對照差異不明顯，S2平均值則顯著高于對照和S1，增幅達(dá)64.29%。施用硅肥對單株干物質(zhì)量和根冠比均有極顯著影響，有明顯促進(jìn)作用。施用硅肥情況下，Si1和Si2的地下部分平均值均高于對照，增幅分別為168.26%和403.59%，Si1和Si2的均值間也存在顯著差異（P＞0.05）。施用硅肥地上部分的平均值也均高于對照，Si1和Si2的平均值相比對照，增幅分別為40.20%和64.30%，Si2的地上平均值略高于Si1，但無明顯差異（P＜0.01）。此外，施用硅肥還可顯著提高根冠比，Si1和Si2的根冠比均值相比對照，增幅分別為85.71%和192.86，且Si1和Si2的根冠比均值之間也存在顯著差異（P＜0.01）。硫硅肥配施對單株整體干物質(zhì)量有明顯促進(jìn)作用，以S2Si2效果最為顯著，地下部分增幅可達(dá)330.54%，地上部分增幅可達(dá)90.60%，而S1Si2對根冠比的改善效果最佳，增幅為192.86%。

表2 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗生物量的影響Tab.2 Effect of sulfur and silicon on rice seedling biomass under copper contamination

2.2 硫硅肥配施對銅污染下水稻幼苗葉片膜脂質(zhì)過氧化作用的影響

由表3 可知，與對照相比，單施硅肥能一定程度減少膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量，但與其用量密切相關(guān)，MDA 含量S2的均值略高于對照，但差異不明顯（P＞0.05），而S1含量均值顯著低于對照和S2，減幅分別為15.53%和20.18%。施用硅肥則能顯著減少MDA 含量（P＜0.01），且不同用量的效果之間無顯著差異，Si1和Si2的平均值相比對照降幅分別為30.42%和28.48%。硫硅肥配施同對照相比均能顯著減少MDA 含量，但配施各處理間均無顯著差異（P＞0.05），降幅大致在20%左右，以S2Si2效果最佳，降幅達(dá)26.12%。

表3 硫、硅肥配施對銅污染下水稻幼苗MDA及抗氧化保護(hù)酶的影響Tab.3 Effect of sulfur and silicon on the MDA and antioxidant enzymes of rice seedling under copper contamination

2.3 硫、硅肥配施對銅污染下水稻幼苗抗氧化保護(hù)酶的影響

2.3.1 對水稻幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響 由表3可知，硫肥的施用對SOD活性無顯著影響（P＞0.05），而施用硅肥能顯著降低SOD 活性（P＜0.01），但與用量無密切聯(lián)系，SOD 活性Si1和Si2與對照相比，分別降低了17.96%和30.03%。硫硅肥配施與對照相比SOD 活性降低不顯著，降低活性效果最好的為S1Si1，與對照相比，下降了28.28%。

2.3.2 對水稻幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）的影響 由表3 可以看出，施用硫肥能顯著降低過氧化氫酶（CAT）活性，但與硫肥用量相關(guān)，S1的活性均值略高于對照，但無顯著差異（P＞0.05），S2活性均值顯著低于對照和S1（P＜0.05），降幅分別為12.79%和17.58%。施用硅肥水稻幼苗葉片中CAT 活性也會顯著降低（P＜0.01），Si2活性均值與對照相比，下降了30.23%，Si1活性顯著低于對照和Si2，降幅分別為55.81%和36.67%。硫硅肥配施均顯著降低CAT活性，以S2Si2效果最佳，降幅達(dá)45.35%。

2.3.3 對水稻幼苗葉片過氧化物酶（POD）的影響 由表3 可知，不同用量硫肥對POD 活性的影響有所不同，但均與對照存在顯著差異，S1活性均值低于對照，降幅在7.90%，差異顯著，而S2活性均值高于對照，增幅在5.30%，存在顯著差異。施用硅肥可顯著降低POD 活性，Si2活性均值比對照低，降幅在35.91%，Si1活性顯著低于對照和Si2，降幅分別為44.17%和12.89%。硫硅肥配施對POD 活性影響與對照相比，顯著降低，活性降低效果最為顯著的為S2Si2，降幅可達(dá)27.56%。

2.4 硫、硅肥配施對銅污染下水稻幼苗非蛋白質(zhì)態(tài)巰基化合物含量的影響

由表4可知，施用硫肥或硅肥，或硫硅肥配施對非蛋白質(zhì)態(tài)巰基總量（NPT）含量無顯著影響，各施肥處理與對照相比，NPT 含量均無顯著差異。單施硫肥或硅肥，與對照相比，谷胱甘肽（GSH）含量無顯著差異，而硫硅肥配施下GSH 含量略有下降，但差異不明顯，以S1Si1效果最為明顯，降幅為30.45%。此外，施用硫肥可明顯提高植物螯合肽（PCs）含量，S1和S2含量均值與對照相比存在極顯著差異，增幅分別為760.96%和183.56%。單施硅肥則對PCs含量無顯著影響，與對照相比，差異不明顯。硫硅肥配施與對照相比極顯著地提高了PCs含量，以S1Si1效果最佳，差異最為顯著。

表4 硫、硅肥配施對銅污染下水稻幼苗非蛋白質(zhì)態(tài)巰基化合物含量的影響Tab.4 Effects of combined application of sulfur and silicon fertilizers on the content of non protein sulfhydryl compounds in rice seedlings under copper contamination

2.5 硫、硅肥配施對銅污染下水稻幼苗金屬硫蛋白含量的影響

由圖5可知，施用硫肥對水稻類金屬硫蛋白酶含量的有一定的提高，且與硫肥用量有一定關(guān)系，S1的平均值小于對照，但無顯著差異。S2平均值極顯著高于對照和S1（P＜0.01），增幅分別為68.24%和116.09%。施用硅肥對類金屬硫蛋白含量也有明顯提高，Si2與對照和Si1相比均存在顯著差異，且Si1的平均值顯著高于對照和Si2，增幅分別為34.49%和24.11%。不同用量的硫硅肥配施對類金屬硫蛋白的含量有不同影響，其中，S1Si2配施能有效減少類金屬硫蛋白含量，比對照減少了19.46%。

圖5 硫、硅肥配施對銅污染下水稻幼苗金屬硫蛋白含量的影響Fig.5 Effect of sulfur and silica fertilizer on metallothionein content of rice seedlings under copper contamination

2.6 硫硅肥配施對銅污染下水稻幼苗不同部位銅含量的影響

由表5可看出，硫肥與硅肥的施用都會顯著影響水稻幼苗不同部分的銅含量。施用硫肥會顯著減少水稻幼苗地上部分莖葉的銅含量，不同用量之間存在一定差異，S2含量比對照下降了8.91%，S1含量比對照下降了23.67%，比S2下降了16.21%，差異顯著。施用硅肥的莖葉銅含量與對照相比大幅下降，差異極顯著，且隨硅肥用量的增加莖葉銅含量減少越明顯，Si1莖葉銅含量比對照減少了25.42%，Si2莖葉銅含量比對照和Si1銅含量分別減少了69.82%和59.54%。硫硅肥配施極顯著地減少了莖葉中銅含量，最為顯著的是S1Si2，與對照相比減少了64.77%。

表5 硫硅配施對銅污染下水稻幼苗銅含量的影響Tab.5 Effect of combined application of sulfur and silicon fertilizers on the copper content of rice seedlings under copper contamination

同時，還可看出，施用硫肥可明顯提高幼苗根部的銅含量，S1和S2根部銅含量與對照相比分別增加了30.31%和26.62%，差異顯著。而施用硅肥與對照相比則是減少根部銅含量，Si1和Si2分別比對照減少了15.64和2.48%。硫硅肥配施也可明顯降低根部銅含量，以S2Si1效果最為顯著，比對照下降了47.11%。

2.7 水稻幼苗不同部位銅含量與抗氧化酶含量、非蛋白巰基化合物含量和金屬硫蛋白含量的相關(guān)性

相關(guān)分析表明（表6），根質(zhì)量與莖葉質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=0.769*，與莖葉銅含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=-0.907**，莖葉質(zhì)量與莖葉銅含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=-0.773*。MDA含量與根質(zhì)量、莖葉質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.745*、r=-0.797*，與莖葉銅含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=0.765*，SOD 也與莖葉銅含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為r=0.715*。除此之外抗氧化酶類SOD、CAT、POD 活性均與根質(zhì)量和莖葉質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，與銅含量和莖葉銅含量呈正相關(guān)。NPT 和MT均與根質(zhì)量呈正相關(guān)、與莖葉質(zhì)量及各部分銅含量呈負(fù)相關(guān)。GSH與各部位質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，與各部位銅含量呈正相關(guān)，而PC剛好與之相反，與各部位質(zhì)量呈正相關(guān)，與各部位銅含量呈負(fù)相關(guān)。

表6 水稻不同部位銅含量與抗氧化酶含量、相關(guān)非蛋白巰基化合物含量和金屬硫蛋白含量的相關(guān)矩陣Tab.6 Correlation matrix of copper content in different parts of rice with antioxidant enzyme content，related non-protein sulfhydryl compounds content and metallothionein content

3 討論與結(jié)論

水稻幼苗的基本素質(zhì)直接反映了水稻幼苗的生長情況[29-30]。綜合該試驗結(jié)果顯示，銅污染下單施硫肥：低硫處理的水稻幼苗基本素質(zhì)相比高硫處理，壯苗效果相對較好，可能是硫肥的施用方式為蘸秧根。張延青等[31]研究表明，在水稻幼苗生長初期，施入的硫元素過量易在根部土壤氧化為SO42-，致使土壤pH值下降，造成一定的酸害，除此之外，短時間內(nèi)還會影響土壤中銅的有效性，導(dǎo)致銅毒害加重。水稻本身就是喜硅作物，銅污染下單施硅肥的情況下，壯苗效果隨硅肥用量的增加而更為明顯。硅肥施入土壤根際pH 值升高，且施入土壤中所形成的SiO32-會與Cd、Pb 等重金屬結(jié)合，通過與重金屬離子結(jié)合形成更為穩(wěn)定的硅酸化合物，從而降低重金屬的有效性，緩解重金屬毒害[10,19]。而不同用量的硫肥與硅肥配施所呈現(xiàn)的壯苗效果略有差異。

隨著硫肥、硅肥的施加，銅污染下水稻幼苗的生長情況也會得到極大的改善。水稻幼苗苗高、莖基寬、根系的生長和單株干質(zhì)量等以濃度為0.026 g/kg硫肥與濃度為0.1 g/kg的硅肥配施改善效果最佳，而水稻幼苗的出葉速率及綠葉數(shù)和根冠比則以濃度為0.026 g/kg 硫肥與濃度為0.05 g/kg 的硅肥配施效果最佳，說明在一定濃度范圍內(nèi)，較高濃度硫肥與硅肥配施能更好地提高水稻干物質(zhì)量。其原因可能是硫元素作為葉綠素合成的必需元素，影響著植物體的光合作用，施用較高濃度的硫肥可顯著增強(qiáng)葉片的光合能力，從而增加葉片干物質(zhì)量的積累，這與耿計彪等[32]、盧志紅等[33]研究結(jié)果相一致。同時，前人[4,10]研究表明銅元素也參與了植物體的光合作用，單施較高濃度0.1 g/kg的硅肥的情況下，降低土壤中過高的有效銅含量，而土壤中適量的銅含量有助于加強(qiáng)植物光合作用等生理代謝活動，故試驗結(jié)果顯示0.026 g/kg硫肥和濃度為0.1 g/kg的硅肥配施與單施較高濃度0.1 g/kg硅肥的地上部干質(zhì)量差異不顯著。

丙二醛（MDA）是細(xì)胞膜脂過氧化的標(biāo)志性產(chǎn)物，其含量高低反映細(xì)胞脂質(zhì)過氧化程度和植物對逆境條件下反應(yīng)的強(qiáng)弱[34-35]。本研究結(jié)果表明，隨著硫硅肥的施加，MDA 含量均有著不同程度的減少，濃度為0.026 g/kg 硫肥與濃度為0.1 g/kg 的硅肥配施所降MDA 含量可達(dá)26%，這說明硫硅肥配施可減輕銅脅迫下水稻幼苗膜脂過氧化程度，使水稻幼苗細(xì)胞膜損傷減少。此外，為抵抗銅脅迫對植株所造成的危害，植株體內(nèi)抗氧化酶類（SOD、CAT、POD 等）活性有所加強(qiáng)，而本研究結(jié)果顯示，在硫硅肥配施條件下，此類抗氧化酶類活性均有不同程度的下降，說明施肥后水稻幼苗所遭受的銅脅迫有所減輕。這與蔡德龍等[36]研究結(jié)果隨細(xì)胞膜損傷減輕，相對應(yīng)的抗氧化酶類活性隨之下降相一致。

谷胱甘肽（GSH）、植物螯合肽（PCs）、金屬硫蛋白（MT）等非蛋白巰基化合物（NPT）在植物中的含量可以為重金屬毒性耐受和解毒機(jī)制提供相關(guān)信息。GSH 作為一種重要的非酶類抗氧化劑，在重金屬污染所導(dǎo)致的氧化脅迫方面起著非常重要的抵御作用，而植物絡(luò)合肽（PCs）則是在植物螯合肽合成酶（PCS）的參與下，由GSH 轉(zhuǎn)化合成而來，能與多種金屬離子結(jié)合形成大分子絡(luò)合物，使植物難以吸收，從而達(dá)到減輕重金屬對植物的毒害作用[37-38]。金屬硫蛋白（MT）是一類富含巰基的低分子量蛋白，在植物的重金屬解毒及細(xì)胞氧化還原調(diào)控等方面也起著重要的作用。本研究結(jié)果顯示，銅脅迫下，施加硫硅肥，NPT 總量基本沒有很大改變，植物體內(nèi)GSH 含量下降的同時PC 和MT 的含量有所增加。除此之外，該研究結(jié)果還表明，硫硅肥配施有利于減少植株整體的銅含量，很大原因可能是硫肥的施加加快了銅元素的轉(zhuǎn)移易位[39]，同時硅肥又提高了植株的代謝水平[40]，故整體銅含量均有所下降。

本研究硫硅肥配施緩解銅對水稻幼苗毒害所造成的氧化脅迫，有效減少了MDA 含量，同時抗氧化酶類活性（SOD、CAT、POD 等）也有所下降。銅脅迫下，硫硅肥配施對非蛋白質(zhì)態(tài)巰基總量（NPT）無明顯影響，但在一定程度上會降低GSH含量，而PC和MT含量有所增加；施用硫、硅肥能明顯減少水稻地上部分銅含量并提高水稻根冠比，其中以施用量為0.026 g/kg的S與0.1 g/kg的Si配施壯苗效果較為理想。