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硼是植物必需的微量元素,对植物健康生长起着至关重要的作用。土壤中的硼含量过低或过高均会对植物造成胁迫进而影响其生长发育。有关硅缓解某些作物硼胁迫的效应研究已有报道,但其机制尚不完全清楚,开展相关研究对于调控土壤硼素供应,修复与利用硼污染土壤具有重要的意义。为此,本文在消除硅酸钠碱性和伴随离子差异的条件下,以水稻-土壤体系为研究对象,开展盆栽试验、水培试验和室内模拟试验,研究缺乏或过量硼胁迫下施硅对水稻细胞超微结构、逆境生理特征和生长发育的影响,探讨硅对硼在土壤（氧化铁）固、液两相的形态、行为以及有效性的影响,通过红外表征等技术结合矿物学与土壤化学的理论,揭示硅缓解水稻硼胁迫的作用机制,以期为农业生产中合理配施硅、硼肥,修复与利用硼污染土壤提供科学依据。得到主要结果和结论如下:1.硼的缺乏（0.024 mg/L）或过量（120 mg/L）均会对水稻细胞超微结构产生不良影响,进而改变生理活性,抑制水稻幼苗生长。施硅（30 mg/kg、60 mg/kg）能够明显缓解这些胁迫症状。与对照处理相比,硼胁迫条件下水稻叶肉细胞中的叶绿体基质及基粒发生变化、线粒体形状改变且嵴减少;硼缺乏会使叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别降低14%、19%和10%;硼过量会使这些指标分别降低26%、30%和37%。硼缺乏或过量使细胞差别透性分别提高15%和36%,丙二醛（MDA）含量分别增加18%和31%,游离脯氨酸（Pro）含量分别增加34%和32%,可溶性蛋白含量分别增加23%和61%,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性分别增强6%和55%、11%和20%、7%和20%以及26%和59%,根系活力下降19%和51%。施硅可缓解硼胁迫对水稻幼苗生长的抑制作用,调节幼苗体内硼的积累量与存在部位,使叶绿体基质变宽,基粒片层排列有序,叶绿素含量增加（P＜0.05）,线粒体形态恢复,嵴增多,增强膜系统的抗性,降低抗氧化酶活性,减少活性氧含量,平衡渗透调节物质,增加根系活力。2.硅和硼在溶液中共存时可通过影响各自的聚合、解离或以二者共聚的方式来影响硼的生物有效性。Visual MINTEQ拟合结果显示,对硼缺乏处理而言,施硅可使溶液中H3BO3的存在比例从99.56%降到1.64%,H2BO3-的比例从0.44%升到96.91%,同时出现新的物质Na H2BO3;对硼过量处理而言,施硅可使H3BO3的存在比例从99.94%降到22.88%,H2BO3-的比例从0.06%升到75.93%,同时出现新的物质Na H2BO3和H5（BO3）2-。上述结果说明施硅可使溶液中的硼更倾向于无效态。傅里叶变换红外光谱分析表明,在硼缺乏处理中施硅后,B-OH和B-O吸收峰减弱甚至消失,Si-O吸收峰减弱甚至消失,Si O4（链状）的反对称伸缩振动吸收峰波数减少、基团稳定性减弱,这表明溶液中的硅可能以植物更易吸收的单分子存在,从而促进了水稻的生长。在硼过量处理中施硅后,B-OH的吸收峰峰型加宽;B-O键发生移动;在1058 cm-1处出现新的特征峰,这可能是溶液中硅与硼发生反应,新生成了Si-O-B或B-O-Si,降低硼的有效性,缓解了硼过量对植物的损伤。3.硅可影响硼在土壤固-液两相的化学行为,进而影响硼的生物有效性。在硼施入量相同时,土壤对硼的吸附量随着硅施入量的增加而减少（P＜0.01）。土壤对硼的吸附动力学过程是包含化学吸附和物理吸附的一个复杂过程,施入硅可影响土壤对硼的各个吸附过程。在Langmuir模型（R~2＞0.98,n=7）中,施硅可使吸附平衡速率常数（KL）增大,使土壤对硼的最大吸附量（qm）和最大缓冲容量（MAC）降低;在Freundlich模型（R~2＞0.97,n=7）中,随着硅添加量的增加,土壤对硼的吸附容量（KF）和吸附强度（1/n F）均在降低;在Temkin模型（R~2＞0.67,n=7）中,随着硅添加量的增加,吸附热（b T）逐渐增大,土壤对硼的吸附势（AT）逐渐减小;在D-R模型（R~2＞0.98,n=7）中,硼的吸附自由能E值随着硅添加量的增加而增大,使土壤对硼的吸附反应逐渐趋近于离子交换吸附。4.硅对硼在针铁矿固-液界面化学行为的影响与其在土壤中的情况基本一致,可在一定程度上揭示硅影响土壤中硼生物有效性的机制。针铁矿对硼的吸附量随着硅添加量的增加而减少。根据各模型的拟合结果可知,针铁矿对硼的吸附过程更倾向于物理吸附,施入硅可加快针铁矿对硼的吸附平衡速率,降低针铁矿对硼的最大吸附量和吸附点位,减少针铁矿对硼的缓冲容量和吸附势。傅里叶变换红外光谱分析表明,在同时施入硅、硼的处理中,硼的特征峰减弱,硅的特征峰峰值减少,Fe-O-Si基团发生变化,由此推测可能形成了Fe-O-Si-O-B。5.硼水平不同,施硅对土壤中硼的赋存形态影响不同,相应地改变硼的生物有效性进而缓解硼缺乏或过量对水稻幼苗的胁迫。随着硼添加量的增加,土壤中水溶态硼、吸附态硼、铁氧化物结合态硼和锰氧化物结合态硼含量有所增加,残余态硼的含量并未有明显变化。在未施和常量施硼的处理中,土壤中水溶态硼的含量随着硅添加量的增加而增加（P＜0.01）;而在过量施硼的处理中反之（P＜0.01）。在未施和常量施硼的处理中,土壤中吸附态硼、铁氧化物结合态硼、锰氧化物结合态硼的含量随着硅添加量的增加而减少（P＜0.01）;在过量施入硼的处理中反之（P＜0.01）。在未施、常量和过量施入硼的处理中,土壤中残余态硼的含量并未随着硅添加量的增加而有显著变化。综上,硅缓解水稻幼苗硼胁迫的机制与硅可增强水幼苗抗逆性、调控硼在其体内含量及存在部位、影响土壤中硼的赋存形态及其在溶液中的存在形态和硼在土壤固-液两相的化学行为等有关。