葉面噴施硅肥對水稻農藝性狀和抗性的影響

張 陽，趙 瑞，劉士廣，玄元虎*，梅 瓊*

（1.沈陽農業大學植物保護學院，沈陽 110866；2.保光科技發展有限公司, 天津 301700）

硅元素是水稻（Oryza sativaL.）生長發育不可缺少的元素，葉片和莖稈中約含10%～20% 的二氧化硅［1］。國際土壤界認為，硅是繼N、P、K之后第四種植物營養元素［2-3］，其中水稻對硅元素需求較大。缺硅使水稻穗中糖類合成減少，同時細胞分裂及細胞壁形成受阻。因此，缺硅會導致水稻穗的生長遲緩、穗數減少以及育性下降［4］。施用硅肥可促使水稻葉夾角變小，使植株生長更為緊湊，提高成株植物光合效率，增加有效分蘗數。施用硅肥還可有效提升磷吸收，抑制鉀吸收，增加有效穗數及實粒數［5-8］。有研究認為，施用硅肥主要通過增加水稻的有效穗數及每穗的實粒數來實現增產，而對千粒重的影響并不是很顯著［9-10］。而李衛國等［6］的研究結果表明，施用硅肥達到高產是通過同時影響水稻千粒重、穗粒數、有效穗數及結實率的增加而達到的。另外，施用硅肥可使水稻基部節間距離減小，并提高莖葉中表皮細胞的硅質化程度，使莖稈的粗壯程度和直立度增加［11-18］，從而提高水稻的抗倒伏能力和抗病防蟲能力［19-21］。已有研究表明，施用硅肥可提高水稻對紋枯病、白葉枯病、稻飛虱、稻縱卷葉螟、葉螨及跳蟲等病蟲害的抗性，這是因為水稻吸收硅元素后可形成硅化細胞抵御病原菌和昆蟲的侵入，從而起到物理屏障的作用［22-28］。如施用硅肥后的水稻可延緩螟蟲刺入葉片的時間［28］。除此之外，硅介導的抗性增強機制還包括：1）提高抗性相關酶活性，如多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶；2）誘導抗菌物質的合成，如黃酮類、酚類、植物抗毒素和病程相關蛋白；3）調節抗病相關信號途徑，如水楊酸、茉莉酸和乙烯介導的信號途徑［28-30］。

生產中一般將硅肥施用于土壤中，而葉面硅肥對水稻生產的影響研究較少。為明確葉面施用硅肥對水稻產量和抗病蟲的作用，本研究擬通過田間的水稻葉片施用硅肥試驗和施用硅肥后的離體水稻葉片試驗，探究施用水溶性硅肥對水稻的農藝性狀和抗病蟲性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種：稻花香4號（Oryza sativaL.）。

菌種：立枯絲核菌（Rhyzoctonia solani）小種AG1-IA，由本實驗室保存。

硅肥：喜施達離子硅酸礦物肥（含硅量45.000 g/L），由天津保光科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 人工接種

水稻種子先用0.6%過氧化氫浸泡30 min進行表面消毒，再用蒸餾水沖洗2遍以洗掉表面的過氧化氫，然后浸泡在蒸餾水中并置于30℃恒溫培養箱催芽。將土和基質土（體積比為2∶1）混合后裝于育苗盤中，然后將出芽的種子在育苗盤里培養，20 d后對長出的水稻葉面噴施硅肥，每兩天噴一次，持續施用硅肥3周后接種立枯絲核菌（Rhyzoctonia solani）小種AG1-IA。菌株使用前需活化，首先將4℃保存的菌株取出并在超凈工作臺內接種于裝有馬鈴薯葡萄糖瓊脂（potato dextrose agar，PDA）培養基的培養皿，將培養皿置于26℃培養箱中連續培養2～3 d，待菌絲長滿培養皿后用0.7 cm滅菌的打孔器在菌落邊緣打取菌餅。接菌前先在滅菌的培養皿中放入2張用無菌水浸濕的已滅菌濾紙，將稀釋200倍、500倍處理（喜施達硅肥原液的硅質量濃度為45.000 g/L，稀釋200倍后硅的終質量濃度為0.225 g/L，稀釋500倍后硅的終質量濃度為0.090 g/L）和對照（清水處理）的葉片（倒三葉）剪成大小均等的3份，葉背朝上分別擺放在培養皿中的濾紙上，用滅菌的牙簽在每片葉子的中部位置扎一個小孔，放置一個菌餅，將不同處理的培養皿放置于溫度27℃、濕度90%的培養室中培養，每個處理重復3次。

1.2.2 田間試驗設計

在苗期（分別在兩葉一心期和移栽前一周）將水溶性硅肥稀釋后（硅肥原液的硅質量濃度為45.000 g/L，將其用清水稀釋2 000倍，以15 kg噴霧器為例，添加7.5 mL原液，使硅的終質量濃度為0.023 g/L）噴施葉面。分別在移栽緩苗后、拔節孕穗期和灌漿初期進行大田噴施（將水溶性硅肥稀釋1 000倍后再噴施，稀釋方法同上，硅終質量濃度為0.045 g/L）。對照組用清水進行葉面噴施。每次噴施后分別對處理組和對照組進行觀察記載。水稻成熟后對處理組和對照組進行相關指標和產量測定。

1.2.3 數據處理

采用Graphpad Prism8對水稻紋枯病病斑長度進行分析，不同處理組和對照組使用t-test進行顯著性差異分析（0.01

2 結果與分析

2.1 “喜施達”離子硅酸礦物肥對水稻生長的影響

葉面噴施硅肥的處理組與清水處理的對照組相比，葉片綠色更深（圖1），莖稈更粗壯（增加14.80%），植株更高（增加6.68%），且沒有紋枯病發生，而對照組植株則有發?。ū?）。處理組與對照組的分蘗數雖然差異不顯著，但有增加的趨勢（表1、2）。這表明葉面噴施水溶性硅肥對水稻的生長發育和對紋枯病的抗性具有積極的促進作用。

圖1 水稻葉面噴施硅肥后的現象Fig.1 Phenotype of rice plants after spraying silicon fertilizer on their leaves

表1 “喜施達”離子硅酸礦物肥對苗期水稻農藝性狀的影響Tab.1 Effects of “Xishida” ionic silicic acid mineral fertilizer on agronomic traits in rice

表2 “喜施達”離子硅酸礦物肥對盆栽水稻分蘗的影響Tab.2 Effects of “Xishida” ionic silicic acid mineral fertilizer on tillering of rice in the pot

2.2 “喜施達”離子硅酸礦物肥對水稻產量的影響

對3個不同田塊的水稻進行調查統計，結果發現，與對照組相比，處理組的有效穗數增加6.80%，實粒數增加6.00%，千粒重增加10.40%，產量增加24.33%（表3）。方差分析的結果表明，與對照相比，雖然處理組的每穴穗數和每穗實粒數沒有顯著性差異，但是有增加的趨勢（處理組的每穴穗數平均值是17.37，對照組的平均值是16.27；處理組的每穗實粒數平均值是95.69，對照組的平均值是90.26），而千粒重則差異顯著。本試驗證明了葉面噴施水溶性硅肥確實能夠提高水稻產量，且增產的主要原因是穗數、實粒數及千粒重的增加。

表3 “喜施達”離子硅酸礦物肥對水稻產量的影響Tab.3 Effects of “Xishida” ionic silicate mineral fertilizer on rice yield

2.3 “喜施達”離子硅酸礦物肥對水稻的抗性影響

田間病害調查數據表明（表4），與對照組相比，施用硅肥處理組的二化螟蛀蟲數降低67.00%，紋枯病未發生或輕度發生，而對照組為中度發生。處理組與對照組均未發生穗頸瘟。處理組水稻倒伏率為5.22%，而對照組為90.56%。該結果說明，葉面噴施水溶性硅肥提高了水稻對二化螟和紋枯病的抗性，并且顯著增強抗倒伏能力。

表4 “喜施達”離子硅酸礦物肥對水稻的抗性的影響Tab.4 Effects of “Xishida” ionic silicate mineral fertilizer on rice resistance

進一步對施用硅肥的水稻葉片離體接種紋枯病，對接菌后0～144 h的葉片發病情況進行統計，其中在接菌72 h后的抗病效果較為顯著（圖2）。硅肥稀釋200倍和500倍的處理組的水稻葉片發病程度顯著低于對照組（圖2a），其中將硅肥稀釋500倍的處理組的抗病效果要好于稀釋200倍處理組水稻。用Graphpad Prism8軟件進行數據分析，對照組平均病斑面積為7.8 cm2，而硅肥稀釋200倍處理的葉片病斑面積平均為2.4 cm2，是對照病斑面積的30.80%，差異顯著（P<0.05）。 硅肥稀釋500倍處理的葉片病斑面積平均為1.0 cm2，是對照面積的12.80%，差異極顯著（P<0.01）。

圖2 葉面噴施水溶性硅肥對水稻抗紋枯病的影響Fig.2 Effects of foliar spraying water-soluble silicon fertilizer on rice sheath blight resistance

3 討論

已有的研究結果表明，硅肥在水稻生長發育中起重要作用［32］。缺硅會導致僵苗、水稻穗數減少、穗的生長遲緩、水稻育性和品質的下降［4，20］。噴施硅肥可促進水稻分蘗，增加有效穗數，提高成穗率，增強光合作用，并可通過增加細胞壁及維管束的厚度來增加莖稈充實度，從而抗倒伏［1，18，22，25］。本研究在田間對稻花香4號葉面噴施“喜施達”離子硅酸礦物肥，結果顯示，與對照組相比，施用硅肥的植株顏色更深綠，株高增加，莖稈更粗壯、抗倒伏能力顯著增強，且分蘗數增多，這與前人研究結果基本一致［11-14，19-21］，說明施用硅肥確實對水稻的生長具有促進作用［17-18］。本試驗選取的稻花香4號水稻材料的一個最大的缺點是不抗倒伏，所以“喜施達”離子硅酸礦物肥的施用可以給“稻花香4號”的推廣種植提供保障。

國內外關于水稻施用硅肥可以增產的報道有很多，如李衛國等［6］的研究表明，在施用硅肥的情況下，可有效提升水稻對磷的吸收，抑制對鉀的吸收，進而增加水稻的有效穗數及實粒數，使水稻產量提高。為了探究硅肥是如何對水稻產量產生的影響，本研究對處理組及對照組水稻產量構成因素（每株的穗數、每穗的粒數及千粒重）進行測量比較。結果表明，與對照組相比，葉面噴施硅肥能夠提高水稻的穗數、每穗的實粒數及千粒重進而提高水稻產量。

另外硅肥能夠提高水稻對生物脅迫的抗性［19，27］，施用硅肥后的水稻可延緩害蟲的刺入，從而增強對稻飛虱、稻縱卷葉螟、葉蟎及跳蟲等昆蟲的抵抗力［4，30］。Winslow等［13］研究發現，水稻病害的嚴重程度和組織的含硅量呈負相關，認為硅可在水稻葉片中沉積并與表皮細胞形成硅化細胞，從而起到物理屏障的作用，另外還能減緩真菌通過酶對細胞壁的降解［13，33］。本研究發現稻花香4號葉片表面噴施硅肥能夠明顯提高對二化螟和紋枯病的抗性，這與前人的研究結果一致。雖然施用硅肥能夠促進水稻生長，提高產量和增強水稻對生物、非生物因素的抗性，但是內在機理卻未被闡明，需要進一步深入的研究。

本研究結果表明，葉面噴施稀釋的離子硅肥礦物質懸浮液，可提高水稻產量和抗病蟲效果。這與土壤中使用固體硅肥相比，大大減少了硅肥的使用量，有效提高了硅的利用效率。紋枯病是我國近幾年水稻生產中發病面積和防治面積最大的病害［34］。而二化螟是主要的水稻害蟲，單純通過農藥防治成本高、效果有限，且對環境造成污染?？共∑贩N的培育是經濟有效的防治手段，但是目前缺乏可利用的抗病品種。我們的研究結果表明，葉面施用水溶性硅肥可顯著提高水稻對紋枯病和二化螟的抗性并提高產量。本研究對今后水稻高產穩產和持續發展綠色農業具有重要的意義。