葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生長及生理的影響

羅 潔

（長江大學 文理學院，湖北 荊州 434020）

近年來，納米生物技術已成為研究熱點，納米技術與農業(yè)生產的結合也越來越緊密，如納米農藥和納米肥料等[1，2]。納米硅作為一種安全的納米材料，不僅具有抗氧化的功能，其含有的硅元素也可以明顯提高作物的抗逆性[3，4]。脅迫是植物在生長過程中容易遭受的主要非生物脅迫之一[5]。雖然干旱脅迫嚴重威脅植株的生長，但植物可以通過促進根系生長和提高抗氧化酶活性等一系列形態(tài)和生理適應來抵抗干旱脅迫，只有當脅迫程度較高植物難以通過代謝調節(jié)來抵抗時，植物才會死亡[6]。黃瓜是我國重要的瓜類蔬菜之一，黃瓜幼苗生長過程中，降雨不均導致的干旱脅迫經常發(fā)生，在黃瓜幼苗生長期適宜地施用納米硅可有效提高黃瓜幼苗的抗逆性。為此，本文研究了納米硅對黃瓜耐旱性的影響，以期為應用納米硅改善黃瓜幼苗耐旱性提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

黃瓜品種為津春4 號，種子購自天津科潤農業(yè)科技股份有限公司。

1.2 播種

取黃瓜種子用55℃水消毒15 min，然后用清水浸種6 h。浸種后，將種子取出，放置于鋪有4 層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，每天及時補水，等種子露白后，播種于裝滿基質的50 孔穴盤中?；|為江蘇培蕾有限公司生產的培蕾基質。

1.3 納米硅處理方法

待幼苗長至2 葉1 心時，進行納米硅（二氧化硅納米顆粒）預處理，每個處理選3 株，重復3 次。二氧化硅納米顆粒購自泰鵬金屬材料有限公司，直徑20 nm。納米硅使用方法為每株葉面噴施ρ（SiO2）為10 g/L 的二氧化硅納米硅10 mL，對照噴施10 mL的清水（H2O），避光3 h，待葉片吸收后進行干旱處理。干旱處理也是每個處理選3 株，重復3 次。處理方法為選擇質量分數為20%PEG6000進行處理，對照正常澆水（H2O）。干旱處理后進行各項表型和生理指標的測定。

1.4 表型指標的測定

在干旱處理0、1 d、3 d、5 d、7 d時分別測定植株的株高和葉片SPAD 值。在干旱處理第7 天時，進行拍照，并取樣進行地上部和根系鮮質量測定。

1.5 生理指標的測定

在干旱處理7 d 時，取葉片和根系分別進行MDA 含量和抗氧化酶活性的測定。丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD)和過氧化氫酶（CAT）活性均采用試劑盒測定（南京建成生物工程研究所生產），測定方法參照說明書進行。

2 結果與分析

2.1 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗形態(tài)的影響

干旱處理第7 天時發(fā)現，在正常水分條件下，納米硅處理的黃瓜幼苗生長狀態(tài)明顯更好，葉片和根系明顯比對照更多。同時，在干旱脅迫下，納米硅處理的黃瓜幼苗的葉片和根系也比對照更多。這說明在正常條件下，納米硅可以促進黃瓜幼苗的生長，而在干旱脅迫下，納米硅可以提高黃瓜的耐旱性。

2.2 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗株高的影響

納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗株高的影響見圖1。

由圖1可知，在試驗進行到第5 天和第7 天時，正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗株高分別增加了21.1%和40.0%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗株高分別增加了8.6%和30.6%。

2.3 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片SPAD 值的影響

納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響見圖2。

圖2 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of nano-silicon on chlorophyll content of cucumber seedling leaves under drought stress

由圖3 可知，在試驗進行到第5 天和第7 天時，正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗SPAD 值分別增加了1.0%和0.7%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗SPAD值分別增加了0.5%和6.5%。

圖3 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響Fig.3 Effects of nano-silicon on biomass of cucumber seedlings under drought stress

2.4 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響

納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響見圖3。在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗地上部和根系鮮質量分別增加了28.6%和81.8%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗地上部和根系鮮質量分別增加了32.9%和59.4%。

2.5 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗MDA 含量的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗MDA 含量的影響見圖4。

圖4 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of nano-silicon on MDA content of cucumber seedlings under drought stress

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系MDA 含量分別降低了20.2%和25.1%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系MDA含量分別降低了34.5%和56.7%。

2.6 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗SOD 活性的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗SOD 活性的影響見圖5。

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系SOD 活性分別增加了9.7%和3.8%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系SOD 活性分別增加了9.4%和8.8%。

2.7 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗POD 活性的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗POD 活性的影響見圖6。

圖6 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗POD活性的影響Fig.6 Effect of nano-silicon on POD activity of cucumber seedlings under drought stress

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系POD 活性分別增加了50.0%和93.6%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系POD活性分別增加了31.0%和132.4%。

2.8 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗CAT 活性的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗CAT 活性的影響見圖7。

圖7 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗CAT活性的影響Fig.7 Effect of nano-silicon on CAT activity of cucumber seedlings under drought stress

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系CAT 活性分別增加了4.9%和4.0%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系CAT活性分別增加了8.1%和4.4%。

3 討論與總結

干旱脅迫可以抑制植物的生長，但施用納米材料可以明顯改善干旱脅迫對植物的抑制。李瑞滋等人研究發(fā)現氮摻雜功能性碳納米點可以明顯改善干旱脅迫下番茄的生長狀況[7]；陳繞生和薛林寶研究發(fā)現納米硒和銅可以改善干旱脅迫下番茄的光合能力并提高其耐旱性[8]。在本研究中，葉面噴施納米硅也可以明顯緩解干旱脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制，與其他納米材料的研究結果類似。

干旱脅迫會造成植物體內活性氧的積累，而活性氧過多會造成細胞膜損傷，膜脂MDA 積累。但一些納米材料可以減輕逆境脅迫下植物MDA 的積累，并增加抗氧化酶的活性。如碳納米點可以顯著提高干旱脅迫下番茄的抗氧化酶活性[7]。在本研究中，發(fā)現納米硅不僅可以降低干旱脅迫對黃瓜葉片的傷害，提高葉片的抗氧化酶活性，同時也可以降低干旱脅迫對根系的傷害，并提高根系的抗氧化酶活性，說明納米硅對黃瓜幼苗的影響是系統(tǒng)性的，可以同時提高黃瓜地上部和地下部的耐旱性。

綜上所述，葉面噴施納米硅可以明顯提高黃瓜的耐旱性，降低干旱脅迫對其葉片和根系的傷害，并提高其葉片和根系的抗氧化能力。因此，可以將納米硅應用于黃瓜生產，提高黃瓜幼苗抗旱性，促進黃瓜穩(wěn)定生產。