硅酸鈉對(duì)黃瓜幼苗葉片干旱脅迫的緩解效應(yīng)

摘要：采用營(yíng)養(yǎng)缽育苗法，研究了黃瓜幼苗在土壤含水量80％、60％、40％、20％條件下，0.05、0.10mol·L^-1硅酸鈉溶液處理對(duì)幼苗葉片葉綠素、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、可溶性糖以及脯氨酸含量的影響。結(jié)果表明，2個(gè)硅酸鈉處理幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量比清水對(duì)照處理低，而葉綠素含量比清水對(duì)照高。說(shuō)明采用硅酸鈉處理可減輕干旱脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，研究結(jié)果表明硅酸鈉參與了植物的代謝或生理活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：硅酸鈉；黃瓜；干旱脅迫

目前，我國(guó)干旱、半干旱地區(qū)面積約為542萬(wàn)km²，約占國(guó)土總面積的56％。干旱是制約我國(guó)西北和整個(gè)北方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本自然因素之一。硅是地殼和土壤中第2豐富的元素，豐度為29.5％，所有植物體內(nèi)都含有硅。越來(lái)越多的研究表明，硅對(duì)植物的健康生長(zhǎng)是有益的，可以影響許多植物尤其是單子葉植物的生長(zhǎng)及生物學(xué)產(chǎn)量，增強(qiáng)抗逆性，緩解重金屬積累危害，保護(hù)作物免受病菌侵染。黃瓜根系淺再生能力弱，地上部枝葉繁茂，連續(xù)結(jié)果，需水量大，易出現(xiàn)水分供應(yīng)不足的現(xiàn)象。本試驗(yàn)采用0.05、0.10mol·L^-1 2個(gè)硅酸鈉濃度處理黃瓜幼苗葉片，探討其對(duì)干旱脅迫條件下津優(yōu)1號(hào)黃瓜幼苗葉片葉綠素、相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、可溶性糖以及脯氨酸等相關(guān)生理指標(biāo)的影響，旨在探明硅對(duì)干旱脅迫條件下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為津優(yōu)1號(hào)，商品種來(lái)自天津科潤(rùn)黃瓜研究所：硅酸鈉為分析純，由天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2008年4月在河南科技學(xué)院園林學(xué)院園藝植物種質(zhì)資源實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用營(yíng)養(yǎng)缽育苗法，取田間壤土過(guò)篩，按3：1混合腐葉土，高溫滅菌，每缽裝土180g。浸種催芽，播種在營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)。設(shè)3個(gè)處理：(1)10mL 0.05mol·L^-1硅酸鈉+蒸餾水；(2)10mL 0.10mol·L^-1硅酸鈉+蒸餾水；(3)蒸餾水(對(duì)照)。每處理土壤含水量設(shè)4個(gè)梯度，其中80％為正常含水量，60％為輕度干旱，40％為中度干旱，20％為重度干旱。每處理40株苗，3次重復(fù)。幼苗2葉1心前進(jìn)行正常水分管理，待幼苗2葉1心時(shí)按飽和持水量80％、60％、40％和20％控水，對(duì)幼苗進(jìn)行干旱脅迫。根據(jù)設(shè)計(jì)的土壤含水量計(jì)算每缽質(zhì)量，每天8：00、18：00對(duì)幼苗稱(chēng)質(zhì)量補(bǔ)水。第1組用10mL 0.05mol·L^-1硅酸鈉+蒸餾水至標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，第2組用10mL 0.10mol·L^-1硅酸鈉+蒸餾水至標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，第3組補(bǔ)蒸餾水，處理3d后第1、2組和第3組一樣進(jìn)行正常干旱脅迫。

1.2.2 生理指標(biāo)測(cè) 定脅迫3d后取材進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定。葉綠素含量采用丙酮法測(cè)定，相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法測(cè)定，丙二醛、可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定，脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SAS軟件ANOVA過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 Na₂SiO₃處理對(duì)黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素的生物合成離不開(kāi)水分，缺水會(huì)影響葉綠素合成速度，并促進(jìn)已合成的葉綠素分解，導(dǎo)致葉片變黃。表1結(jié)果表明，幼苗葉片葉綠素含量隨土壤含水量降低呈下降趨勢(shì)，經(jīng)硅酸鈉處理的黃瓜幼苗葉片葉綠素含量與對(duì)照相比有明顯增加。其中0.10mol·L^-1處理葉綠素含量在各土壤含水量與對(duì)照和0.05mol·L^-1處理相比增量均達(dá)到顯著水平。

2.2 Na₂SiO₃處理對(duì)黃瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率的影響

隨著干旱程度增加，細(xì)胞膜受到的破壞程度也增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲增多，相對(duì)電導(dǎo)率增加。從表2可以看出。干旱脅迫顯著提高了津優(yōu)1號(hào)黃瓜幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率，隨著土壤含水量降低，黃瓜幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率呈逐漸增加趨勢(shì)。2個(gè)硅酸鈉處理與對(duì)照之間差異均達(dá)到顯著水平，2個(gè)處理相對(duì)電導(dǎo)率在土壤含水量80％和40％時(shí)差異顯著，在60％和20％時(shí)差異不顯著。說(shuō)明硅酸鈉處理對(duì)干旱脅迫下的黃瓜幼苗葉片質(zhì)膜有一定的保護(hù)作用。

2.3 Na₂SiO₃處理對(duì)黃瓜幼苗葉片丙二醛含量的影響

表3結(jié)果顯示，在干旱脅迫下津優(yōu)1號(hào)黃瓜幼苗葉片丙二醛含量均隨干旱程度增強(qiáng)而升高，膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物增多，膜系統(tǒng)功能受到一定程度破壞。經(jīng)過(guò)硅酸鈉處理的幼苗葉片丙二醛含量均低于對(duì)照，其中土壤含水量80％、60％時(shí)丙二醛含量與相同水分條件下的對(duì)照差異達(dá)顯著水平。說(shuō)明硅酸鈉處理能減輕干旱對(duì)黃瓜幼苗葉片丙二醛的影響：2個(gè)處理之間差異不顯著。

2.4 Na₂SiO₃處理對(duì)黃瓜幼苗葉片可溶性糖含量的影響

表4結(jié)果顯示，隨著干旱程度增加，黃瓜幼苗葉片可溶性糖含量不斷增加，與對(duì)照相比，硅酸鈉處理各土壤含水量下幼苗葉片可溶性糖含量有不同程度降低。0.10mol·L^-1處理在土壤含水量80％、40％、20％時(shí)與對(duì)照差異達(dá)到顯著水平，0.05mol·L^-1處理在土壤含水量40％和20％時(shí)與對(duì)照差異達(dá)到顯著水平。說(shuō)明硅酸鈉處理對(duì)干旱脅迫有一定緩解效應(yīng)，2個(gè)處理在土壤含水量40％和20％時(shí)差異顯著。

2.5 Na₂SiO₃處理對(duì)黃瓜幼苗葉片脯氨酸含量的影響

干旱脅迫下植物積累脯氨酸具有普遍性，脯氨酸作為一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物遭受旱害時(shí)減輕細(xì)胞受害的作用已被研究證實(shí)。表5試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著土壤含水量降低，黃瓜幼苗葉片脯氨酸含量呈遞增趨勢(shì)。對(duì)照土壤含水量從80％降至60％時(shí)脯氨酸含量沒(méi)有變化，而降至20％嚴(yán)重干旱脅迫時(shí)，黃瓜幼苗葉片脯氨酸含量明顯增加。0.05、0.10mol·L^-1 2個(gè)處理在土壤含水量各梯度葉片脯氨酸含量總體上低于對(duì)照，但總體上差異不顯著；2個(gè)處理各梯度土壤含水量差異均不顯著。

3 討論與結(jié)論

周秀杰等㈣得出在土壤中施硅可緩解嚴(yán)重干旱脅迫對(duì)黃瓜幼苗光合機(jī)構(gòu)的損傷與破壞，能夠提高黃瓜幼苗抗旱性能的結(jié)論。本試驗(yàn)中與對(duì)照相比，硅酸鈉處理過(guò)的幼苗葉片葉綠素含量均較高。0.10mol·L^-1處理對(duì)黃瓜幼苗葉片干旱脅迫的緩解效應(yīng)要比0.05mol·L^-1處理效果明顯，差異達(dá)到顯著水平。

許多研究表明，水分脅迫導(dǎo)致原生質(zhì)脫水，首先破壞細(xì)胞膜致使其透性增加，內(nèi)容物外滲，同時(shí)使細(xì)胞內(nèi)酶空間間隔破壞，多種代謝過(guò)程受到影響。在本試驗(yàn)中，0.10mol·L^-1處理葉片相對(duì)電導(dǎo)率明顯少于0.05mol·L^-1處理。說(shuō)明在保護(hù)細(xì)胞膜相對(duì)透性方面硅酸鈉處理有明顯的緩解效應(yīng)，且0.10mol·L^-1處理比0.05mol·L^-1處理緩解效應(yīng)更加明顯。

植物葉片在干旱條件下發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，丙二醛是其產(chǎn)物之一。在干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片丙二醛含量隨干旱程度增強(qiáng)升高，膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物增多，膜系統(tǒng)功能受到一定程度破壞。胡瑞芝等的研究表明，適量的硅可降低水稻劍葉丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率，保護(hù)細(xì)胞膜的完整性。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，適量濃度的硅酸鈉可降低植株丙二醛含量。

可溶性糖是很多植物干旱脅迫條件下的主要滲透調(diào)節(jié)劑，也是合成其他有機(jī)物的碳架和能量來(lái)源，對(duì)細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體亦有穩(wěn)定作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明：隨干旱程度增加，黃瓜幼苗葉片可溶性糖含量在不斷增加，在土壤含水量80％和60％時(shí)，硅酸鈉各處理對(duì)幼苗體內(nèi)可溶性糖影響不大，而在40％、20％時(shí)影響增大，與對(duì)照差異顯著：2個(gè)處理之間差異也達(dá)到顯著水平。

一些研究表明，脯氨酸作為一種主要的細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在干旱脅迫下其大量積累是植物對(duì)干旱逆境的一種適應(yīng)，對(duì)提高植物抗旱性起重要作用，但也有研究認(rèn)為干旱脅迫下脯氨酸積累量更適于作為脅迫傷害指標(biāo)。本試驗(yàn)表明：隨著土壤含水量降低，黃瓜幼苗葉片脯氨酸含量呈遞增趨勢(shì)。硅酸鈉各處理在土壤含水量40％時(shí)與對(duì)照差異達(dá)顯著水平，0.05mol·L^-1和0.10mol·L^-1處理在各梯度土壤含水量差異均不顯著。

試驗(yàn)表明，隨著土壤干旱程度增加。未經(jīng)硅酸鈉處理的黃瓜幼苗受到傷害的程度隨之增加，無(wú)論是葉片相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、可溶性糖還是脯氨酸含量均隨著幼苗受干旱脅迫的加劇而增高，而葉綠素含量隨著幼苗受干旱脅迫的加劇而呈遞減趨勢(shì)。但是經(jīng)硅酸鈉處理過(guò)的黃瓜幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量均比對(duì)照少，而葉綠素含量比對(duì)照高。有關(guān)硅酸鈉處理的最佳濃度及對(duì)黃瓜幼苗干旱脅迫的緩解機(jī)制等仍有待深入研究。

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