化学生物学论文

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1、植物对硅的吸收转运机制研究进展摘要：硅（Si）是地壳中含量较高的元素，其含量仅次于氧，位居第二位。在植物的生长发育过程中，硅虽然不是植物的生长发育所必须的营养元素，但是它能够促进植物的生长发育和营养吸收，有助于提高植物抗病虫害，抗倒伏，以及抗生物与非生物胁迫的能力。研究发现，水稻对硅的吸收和运输存在特殊的转运蛋白。主要对硅起转运作用的蛋白：输入转运蛋白（Lsil）,输出转运蛋白（Lsi2）和运输蛋白（Lsi6）。但是植物对硅的吸收机制到目前为止还不是很清楚，不同的植物吸收硅的方式也有可能不尽相同。下文主要介绍了，硅在植物中的分布，植物对硅

2、的吸收、转运机制以及对硅的研究应用和今后展望。关键词：硅，吸收，转运机制，转运蛋白硅是地壳屮含量仅次于氧的第二大元素，硅在地壳屮的含量约为28%,自然界中不存在游离态的硅，所以其主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。硅在土壤中的含竝因土壤的类型不同而不同，主要存在于土体和土壤溶液中，或被吸附在土壤胶体的表面。（D7）二氧化硅约占土壤的50%~70%。（A1）硅在土壤溶液中，主要以单硅酸的形式存在，其含量一般为0.1-0.6mmol/Lo（D6）在土壤溶液中其与K,6等营养元素的浓度相近，远超过了P的浓度。（A3）土壤有效硅含量通常被作为衡量土壤

3、供硅能力的指标，它受气候条件，土壤PH值，或土母质，土壤粘性，施用有机肥，土壤水分以及土壤温度等因素的影响。（D8）不同植物种类之I'可硅的含量差异很大。（FI）一般的豆科植物和双子叶植物二氧化硅的含量在1%以下，燕麦、大麦、小麦等禾本科植物的二氧化硅含量约2%〜4%,但是在水稻的鞘叶屮二氧化硅的含量可达到20%o（F2-4）研究表明，硅可捉高根系活动，增加水中氧分的吸收，提髙N、P、K肥的利用率。（F3,ll）硅有利于改善植物群体光截获能力，减少植物蒸腾作用的损失，从而提高植物光合作用的效率。（F10）并且硅还能降低白粉病在一些植物体中

4、的发病率，（F14）提高植物对多种胁迫的抗性，减轻各种各样的非生物胁迫。（B3,10,ll）硅能促进植物的生长，并能缓解重金属盐、病虫害、干旱等逆境对植物牛•长的抑制作用，A（5-7）从而保护植物免受各种生物和非生物逆境危害。（F6,13）本文在结合国内外的相关研究的基础上对硅在植物中的分布，吸收转运机制以及其研允进展进行了论述。1.硅在植物中的含量与分布Takahashi和Miyake研究表明，硅是种I'可含量差异最大的元素。（D14）植物体内硅的含量和分布有三个显著的特点：一是种间差异大；二是在植物体的各部分分布不均匀；三是受到一定的

5、环境因素的影响。（C）不同植物含硅量依次降低的顺序大致是：谷类作物、牧草、蔬菜、果树、豆科。（D15）根据植株二氧化硅的含量不同将栽培植物分为三类（A12）：第一类是水稻等水生禾本科作物，二氧化硅在其茎叶中含量占干物质的15%〜20%；第二类是旱地禾本科植物（燕麦、大麦和小麦），其二氧化硅的含量为2%~4%；第三类是以豆科植物为代表的双子叶植物，而其二氧化硅的含量却不足第二类植物的l/10o植物体内硅的含量受植物的部位、生育期、种植方式以及环境条件等多种因素的影响。（D8）因此，硅在植物体不同器官内的含暈有差异。在一些植物屮，硅平均分布于

6、植株地上部和根部，例如香蕉、小萝卜、绿洋葱和中国甘蓝等植物的硅含量很低，旱地上与地下部分含硅量大致相等或地下部分略高一点。（G7）有些植物地上部分的硅含量大大低于根中硅含量，如绛轴草根系屮含硅量约为地上部分的8倍。（G8）小麦和燕麦这类植物屮硅含量很高，且主耍集中于植株的地上部分。（G&9）燕麦根中硅的累积量不足整个植株中硅总量的2%,并且硅在植株地上部分的分布也不均匀，其屮以穗屮含量最高，其次是叶和茎，谷粒屮的含量最低。在小麦、黑麦与大麦中，硅也有类似的分布规律。（G10）但水稻和上述麦类作物略有不同，其穗中含量仅为植株体总硅含量的10

7、%〜15%,何电源（G11）认为硅在水稻植株体内的分布符合“末端分布规律”，即地上部＞地下部，颖壳＞叶片〉叶鞘＞茎＞根。1.植物对硅的吸收硅可影响植物体屮其他营养元素的含量，其可以抑制水稻对N、K的吸收但由于硅酸的吸收使得植株的干物质曾加，所以N、K的吸收总量是增加的。（G21）对水稻施硅后，其茎叶中的N含量略有下降，而水稻穗中的N含量上升了，这对籽粒中蛋白质和淀粉的形成有利,从而使得籽粒饱满。（G8）对小麦施硅后，其茎叶中的N含量上升，（G22）由此可知硅对植株中N含量的影响与植物的器官有关，不同植物器官在相同的外界环境下所受的影响不同

8、。氨态氮可是硅的吸收降低，而当与硝态氮共存时，硅酸的吸收亦不减少。（G8）物种间硅含量的差别主要来源于根部硅吸收的能力的差别，与硅吸收的不同机制有关。（B7,I8）过去关于硅吸收的理论认为，硅