硅對西瓜幼苗生長?光合特性及保護(hù)酶活性的影響

趙曉美 李正為 于文進(jìn) 李家文 周艷霞 龍明華

摘要 ?[目的]研究不同濃度硅（Si）對西瓜幼苗生長、光合特性及保護(hù)性酶活性的影響，為探究外源硅對西瓜幼苗生長及生理特性的影響提供理論依據(jù)。[方法] 以“早佳8424”西瓜為試驗(yàn)材料，采用水培法，硅酸鉀作為硅源，研究不同硅濃度0 mg/L（CK）、28 mg/L（T1）、56 mg/L（T2）和84 mg/L（T3）4個(gè)處理對西瓜幼苗生長指標(biāo)、光合指標(biāo)及保護(hù)酶活性的影響。[結(jié)果] 在0～84 mg/L硅濃度范圍內(nèi)，蒸騰速率（Tr）隨硅濃度的增加而降低，葉綠素含量（SPAD值）、POD和SOD活性隨硅濃度的增加而升高;56 mg/L硅處理的植株生長速度最快;植株鮮重分別較T3、T1、CK處理顯著增加33.47%、52.42%、65.59%，干重分別較T3、T1、CK 處理顯著增加32.43%、48.48%、66.10%;根系長度分別較T3、T1、CK處理顯著增加40.32%、37.99%、43.47%;凈光合速率較T1、CK顯著增加32.78%、37.53%，氣孔導(dǎo)度分別較T3、T1、CK顯著增加85.71%、191.84%、150.88%，胞間CO2濃度分別較T3、T1、CK顯著增加4.09%、7.89%、8.75%;T1、T2、T3處理的POD、SOD活性分別在第6天、第3 天達(dá)到最大，其中在84 mg/L硅濃度處理POD、SOD活性高于其他處理。[結(jié)論]施用外源硅可以提高西瓜幼苗的光合作用和抗氧化酶活性，促進(jìn)西瓜幼苗的生長，其中營養(yǎng)液硅濃度以56 mg/L為好。

關(guān)鍵詞 西瓜幼苗;硅;生長;光合特性;酶活性

中圖分類號 S 651? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）01-0151-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.040

Effect of Silicon on the Growth，Photosynthetic Characters and Protective Enzyme Activity of Watermelon（Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. et Nakai） Seedlings

ZHAO Xiao-mei1， LI Zheng-wei1， YU Wen-jin2? et al

（1. Guilin Agricultural Science Research Center / Guilin Branch， Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Guilin，Guangxi 541006;2. College of Agriculture， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530004）

Abstract [Objective]The effects of spraying exogenous silicon （Si） on the growth，photosynthetic characteristics and activity of antioxidant enzymes of watermelon seedlings were studied，which provided scientific basis for the effects of exogenous silicon on growth and physiological characters of watermelon seedlings. [Method]The effects of silicon （Si） on the growth，photosynthetic characters and protective enzyme activity of“Zaojia（8424）” watermelon seedlings were studied under the hydroponics（DFT） with the 0 mg/L（CK），28 mg/L（T1），56 mg/L（T2） and 84? mg/L（T3）silicon levels.[Result]In 0-84 mg/L of Si， transpiration（Tr） reduced，SPAD，POD and SOD activity improved with the increase of silicon concentration. The growth rate of plant treated with 56 mg/L silicon concentration were the fastest. Compared with T3，T1 and CK， fresh weight ，dry weight and root length of plant were significantly increased by 33.47%， 52.42%， 65.59%， 32.43%， 48.48%， 66.10%; 40.32%， 37.99%， 43.47%. Net photosynthetic rate（Pn） was significantly higer than T1 and CK， and increased by 32.78% and 37.53%. Stomatal conductance（Ci） and intercellular CO2 concentration（Gs） were also significantly higer T3，T1 and CK， and increased by 85.71%， 191.84%， 150.88%; 4.09%，7.89%， 8.75%，? the activity of POD and SOD in the three treatments reached the maximum on day 6 and day 3 respectively， among which the activity of POD and SOD with the treatment of 84 mg/L，silicon concentration was higher than that with other treatments.[Conclusion] It could be concluded that the application of exogenous silicon may improve the photosynthesis，antioxidant enzyme activities of watermelon seedlings and promote its growth，and the appropriate silicon concentration for optimizing the watermelon seedlings was 56 mg/L.

Key words Watermelon seedling;Silicon;Growth;Photosynthetic traits;Enzymatic activity

基金項(xiàng)目 國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2007BAD68B04）;廣西研究生教育創(chuàng)新資助項(xiàng)目（GXU11T32562）。

作者簡介 趙曉美（1986—），女，河南漯河人，農(nóng)藝師，碩士，從事蔬菜栽培及技術(shù)推廣工作。通信作者，教授，博士生導(dǎo)師，博士，從事蔬菜育種、栽培及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究。

收稿日期 2021-05-19

硅是植物生長的有益元素。將硅肥排在氮、磷、鉀肥之后，稱之為“第四大元素肥”[1]。硅肥已廣泛用于單子葉植物生產(chǎn)中，如水稻、甘蔗等，可以促進(jìn)作物生長、增強(qiáng)抗逆性、增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)[2]。硅在雙子葉植物生產(chǎn)的應(yīng)用也逐漸增多。曹逼力等[3]研究表明，低濃度的硅會增加番茄葉片的葉綠素含量，降低植株的蒸騰作用，積累更多的干物質(zhì)。劉緩[4]研究表明，營養(yǎng)液中加入適宜濃度的硅，能促進(jìn)黃瓜植株的生長發(fā)育，并可以提高黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，當(dāng)營養(yǎng)液中硅濃度過高時(shí)，會抑制黃瓜植株的生長發(fā)育，降低產(chǎn)量與果實(shí)品質(zhì)。苗錦山[5]研究發(fā)現(xiàn)，弱光條件下對厚皮甜瓜噴施硅能提高植株的光合作用。張清華等[6]研究表明在硅濃度為0～1.8 mmo/L時(shí)，能促進(jìn)西瓜葉片凈光合速率。目前已被證實(shí)硅對作物的研究主要集中在禾本科、豆科及黃瓜、甜瓜、番茄等作物上，有關(guān)硅在西瓜上的應(yīng)用研究已有報(bào)道，但并不多見。筆者通過水培試驗(yàn)，于營養(yǎng)液中添加不同濃度的硅元素，研究外源硅對西瓜幼苗營養(yǎng)生長、光合指標(biāo)和保護(hù)性酶活性的影響，以期為西瓜生產(chǎn)上硅肥的合理施用及無土栽培營養(yǎng)液中硅的使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料。

試驗(yàn)于2012年8月在廣西大學(xué)蔬菜試驗(yàn)基地大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)品種為“早佳（8424）”西瓜，是由新疆葡萄瓜果研究所和新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所共同培育的早熟西瓜。

1.1.2 種植槽、種植板與種植杯。

種植槽長×寬×高為2 m×1 m×25 cm。為防止?fàn)I養(yǎng)液滲漏，種植槽內(nèi)部鋪設(shè)雙層塑料薄膜。泡沫板為種植板，長×寬×高為1 m×1 m×2 cm，種植板上開9個(gè)種植孔，直徑5 cm。塑料種植杯高7 cm、上口徑5 cm、下口徑4 cm，底部和四周均有可讓植株根系伸出的孔隙。

1.2 方法

1.2.1 營養(yǎng)液配方。

采用深液流（DFT）水培法，營養(yǎng)液各元素的濃度分別為N 180 mg/L，P 50 mg/L，K 320 mg/L，Ca 160 mg/L，Mg 47 mg/L，F(xiàn)e 2.8 mg/L，Mn 0.5 mg/L，B 0.5 mg/L，Cu 0.02 mg/L，Mo 0.01 mg/L，Zn 0.05 mg/L[7]。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在營養(yǎng)液配方一致的基礎(chǔ)上單獨(dú)添加外源硅，采用硅酸鉀（K2SiO3·nH2O）作為硅源。硅濃度分別為0（CK）、28 mg/L（T1）、56 mg/L（T2）、84 mg/L（T3）。于2012年8月31日播種育苗，采用72孔黑色苗盤，9月12日（幼苗3葉1心時(shí)）定植。每處理18株，3次重復(fù)，株行距20 cm×20 cm，小區(qū)面積2 m2。 苗期營養(yǎng)液的EC值為1.2～1.5 mS/cm，pH保持在6.0～6.5[8]。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 植株生長指標(biāo)。

按照趙曉美等[9]的測定方法，于定植后0、4、8 d測定植株高度，定植第8天測定植株的葉片數(shù)、根系長度、植株鮮重和干重。植株高度、根系長度用直尺測定。隨機(jī)取 10 株完整的幼苗，沖洗干凈，用濾紙吸干水分，稱取植株鮮重，之后將植株裝進(jìn)紙袋中放進(jìn)烘箱，在105 ℃下殺青15 min，之后降至75 ℃烘干至植株恒定干重，用電子天平稱重。

1.3.2 光合指標(biāo)。

定植8 d后，于晴天10：00—11：00測定第4片真葉的光合指標(biāo)。凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）用美國的Li-Cor6400便攜式光合速率測定儀測定，葉綠素含量（SPAD值）用日本的SPAD-502Plus便攜式葉綠素儀測定[9]。

1.3.3 酶活性。

測定定植后0、3、6、9 d西瓜幼苗葉片的SOD、POD的活性。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取5株，摘取第4片真葉測定酶活性。用氮藍(lán)四唑法測定SOD活性，用愈創(chuàng)木酚法測定POD活性[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與繪圖，采用DPS 7.05軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度硅對西瓜苗期生長的影響

0～84 mg/L硅濃度范圍內(nèi)，西瓜幼苗植株的生長速率隨著硅濃度的增加先升后降，其中T2植株生長速率最快，株高最高（圖1）。由表1可知，T2處理西瓜幼苗葉片數(shù)為6.60片，與其他處理差異不

顯著;植株鮮重為9.77? g，分別較T3、T1、CK處理顯著增加33.47%、52.42%、65.59%;干重為0.98 g，分別較T3、T1、CK處理顯著增加32.43%、48.48%、66.10%;根系長度為19.87 cm，分別較T3、T1、CK處理顯著增加40.32%、37.99%、43.47%。表明在0～84? mg/L硅濃度范圍內(nèi)，增加硅濃度能促進(jìn)西瓜植株的生長，但硅濃度過高西瓜植株生長會受到抑制。

2.2 不同濃度硅對西瓜苗期葉片保護(hù)性酶活性的影響

不同處理西瓜幼苗葉片中SOD和POD活性均隨時(shí)間變化呈先升高后降低的趨勢，CK變化不明顯。CK的POD活性在第3天達(dá)到最大值，其他3個(gè)處理的POD活性在第6天達(dá)到最大值，之后下降。第3天T2處理的POD活性最高，與其他處理差異顯著;第6天T3處理的 POD活性最大，與其他處理達(dá)顯著差異水平;第9天T3處理的 POD活性最大，與CK和T1處理差異顯著，與T2處理差異不顯著（圖2）。

CK的SOD活性在第6天達(dá)到最大值，其他3個(gè)處理的SOD活性在第3天達(dá)到最大值，其中T3處理的SOD活性均高于其他處理，在第3天與CK和T1處理差異顯著，與T2處理差異不顯著;T3處理在第6天與T1達(dá)顯著差異水平，與CK、T2間差異不顯著;第9天所有處理間差異不顯著（圖3）。表明隨著硅濃度增加，西瓜葉片活性氧增多，SOD和POD活性增加。如果活性氧過多，則超出了體內(nèi)防御能力，會對西瓜幼苗產(chǎn)生嚴(yán)重的脅迫，影響西瓜的正常生長發(fā)育。

2.3 不同濃度硅對西瓜幼苗葉片光合特性的影響

從表2可以看出，在0～84 mg/L硅濃度范圍內(nèi)，西瓜幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度隨著營養(yǎng)液中硅濃度的增加先升高后降低，蒸騰速率隨硅濃度的增加而下降。其中，T2的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度最大，分別為22.28 μmol/（m2·s）、1.43 mol/（m2·s）和298.00 μmol/mol;凈光合速率與T3處理差異不顯著，較T1、CK增加32.78%、37.53%;氣孔導(dǎo)度分別較T3、T1、CK顯著增加85.71%、191.84%、150.88%，胞間CO2濃度分別較T3、T1、CK增加4.09%、7.89%、8.75%。蒸騰速率T3最低，分別較T2、T1、CK顯著減少了11.15%、12.30%、13.14%，但T2、T1、CK之間差異不顯著。說明增加外源硅可以提高西瓜葉片的凈光合速率，減少西瓜葉片水分蒸發(fā)。葉綠素含量（SPAD）隨著硅濃度的增加而增加，T3的葉綠素含量最高為56.60，分別較T2、T1、CK顯著增加9.48%、11.20%、18.66%。說明0～84 mg/L硅濃度范圍內(nèi)，西瓜葉片的葉綠素含量隨著硅濃度的增加逐漸升高，光合作用增強(qiáng)。

3 討論

3.1 硅對西瓜幼苗生長的影響

硅在植物生物學(xué)中有非常重要的作用，營養(yǎng)液配方中應(yīng)該添加硅，因?yàn)楣韬芸赡苁侵参锉匦柙豙11]。梁穎等[12]研究表明外源硅處理使缺磷、低磷條件下番茄幼苗植株干質(zhì)量均有所上升。鄭世英等[13]研究表明外源硅處理提高了干旱脅迫下野生大豆的地下部干、鮮重和地上部干、鮮重。在該研究中，0～84 mg/L硅濃度范圍內(nèi)，西瓜幼苗植株的生長速率隨著硅濃度的增加先升后降，56? mg/L硅處理植株生長速率最快，株高、葉片數(shù)、植株鮮重、干重、根系長度都優(yōu)于其他處理，這與李清芳等[14]、劉慧霞等[15]的研究結(jié)果相似。

3.2 硅對西瓜幼苗光合作用的影響

葉綠素含量可直接影響植株葉片的光合能力，添加硅可以增加葉片的葉面積、葉綠素含量，合成更多的有機(jī)物，從而提高光合效率[16]。馬成倉等[17] 研究表明，硅能夠提高玉米幼苗葉片中葉綠素含量，增強(qiáng)光合作用。魏國強(qiáng)等[18]研究表明硅能增加黃瓜葉片中葉綠素含量。李清芳等[19]研究表明，硅可以增強(qiáng)棉花幼苗的光合強(qiáng)度，減弱蒸騰作用。在該研究中，添加硅能增加葉片中葉綠素含量，提高光合作用，減少蒸騰作用，這與劉景凱等[20]、蔣英等[21]研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)橹参锶~片的硅化細(xì)胞對于散射光的透過率為綠色細(xì)胞的 10 倍，促進(jìn)葉片對光能的吸收，從而促進(jìn)光合作用;硅充足時(shí)，葉片直立、植株的受光姿態(tài)好，間接增加葉片的光合作用[22]。另外硅化物沉淀在細(xì)胞壁與角質(zhì)層之間，能抑制植物的蒸騰[22]。

3.3 硅對西瓜幼苗保護(hù)性酶活性的影響

SOD、POD作為保護(hù)酶系統(tǒng)的主要組成部分，在清除自由基、維持自由基平衡方面發(fā)揮重要作用[16]，并能提高植物組織的抗氧化能力。李清芳等[23]研究表明施硅可增加干旱脅迫下玉米植株內(nèi)SOD、POD和CAT活性，減輕自由基對玉米葉片的傷害作用。該試驗(yàn)結(jié)果表明，增施外源硅能促進(jìn)西瓜幼苗葉片SOD和POD活性的提高，與曾瑞兒等[24]、張環(huán)緯等[25]的研究結(jié)果一致。該試驗(yàn)僅研究了硅對SOD和POD活性的影響，未研究其他抗氧化酶類，存在一定的不足之處。

4 結(jié)論

綜上所述，在0～84 mg/L硅濃度范圍內(nèi)，56 mg/L硅濃度處理的西瓜幼苗生長速度、葉片數(shù)、植株鮮重、干重、根系長度、凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Gs、胞間CO2濃度Ci均優(yōu)于其他處理，84 mg/L硅濃度處理的葉綠素含量、POD和SOD活性最高?？傊瑺I養(yǎng)液中添加外源硅，可以促進(jìn)西瓜幼苗的營養(yǎng)生長，增加葉片葉綠素含量，提高光合作用，減少蒸騰作用，提高葉片的SOD和POD活性。該試驗(yàn)通過研究硅對西瓜幼苗的影響，為后續(xù)硅對西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的進(jìn)一步研究及西瓜合理施用硅肥提供理論參考和技術(shù)支持。

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