外源硅对勃氏甜龙竹叶片硅、叶绿素及可溶性糖的影响*

张丽雅，詹卉，牛兆辉，王昌命，王曙光

(西南林业大学，云南　昆明650224)



外源硅对勃氏甜龙竹叶片硅、叶绿素及可溶性糖的影响*

张丽雅，詹卉，牛兆辉，王昌命，王曙光

(西南林业大学，云南昆明650224)

以勃氏甜龙竹扦插幼苗为试验材料，对其施加不同浓度(0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、4.0mmol/L)的外源硅肥(Na2SiO3水溶液)，每隔2天喷洒1次，共喷洒3次。在试验的第7天、14天以及21天，采集勃氏甜龙竹幼苗的叶片进行硅含量测定；第21天对植株叶片中的叶绿素含量及可溶性糖含量进行检测。结果表明，在不施加外源硅肥的条件下，叶片中硅含量也会逐渐增加。当施加外源硅肥时，叶片中硅的含量显著增加。随着施加的硅肥浓度不断上升，叶片中硅的含量增加越显著。当施加浓度达到2.0mmol/L时，叶片中的硅含量达到最高，但与1.0mmol/L施加浓度的结果差异不显著。若外源硅浓度继续升高，叶片中硅含量不再增加。施完硅肥21天后，施加硅浓度为1.0mmol/L的叶片叶绿素和可溶性糖含量最高。因此1.0mmol/L为最佳施硅浓度。

外源硅；勃氏甜龙竹；硅；叶绿素；可溶性糖

硅是地壳与土壤中普遍存在的一种元素，但大多数的硅以二氧化硅的形式存在，无法被植物吸收利用，只有极少的单硅酸可以被植物吸收利用，这部分硅被称为有效硅[1]。对于禾本科(Poaceae)、木贼科(Equisetaceae)以及莎草科(Cyperaceae)植物而言，都存在极为显著的硅吸收，是这类植物生长发育所必不可少的元素，是促进植物正常生长的有益元素；但对于绝大多数的植物来说硅并不是一种必要元素[2]。硅沉积对植物的生长有着极为重要的作用，硅可以增强植物的机械组织强度，在禾本科植物中适量的硅可以增加其抗倒伏的能力[3]，同时累积在叶片表皮的硅能有效减小蒸腾作用，从而增强植物对逆境的抗性[4]；叶片中的硅可以使得叶片保持坚挺状态，使得叶片与茎干之间的夹角减小以及减少叶片与叶片之间的遮挡作用，因而增强有效光截获量，改善光合作用[5]；硅沉积在表皮下面形成角质双硅层，增加叶片硬度，构成一道物理屏障，能有效阻止真菌、昆虫及食草动物的侵蚀[6]。并且适量地增加土壤中的硅浓度，还可以增加水稻(Oryzasativa)、小麦(Triticumaestivum)等作物的结实率[7]。此外近年来的研究表明硅可以提高植物的耐盐性，促进水稻植株对N、P、K等养分的吸收，减轻过量的Mn、Fe、Al元素对植株的毒害作用[8～9]。

勃氏甜龙竹(Dendrocalamusbrandisii)属于禾本科竹亚科(Bambusoideae)牡竹属(DendrocalamusNees)，原产于缅甸以及云南德宏地区[10]，有着极高的经济价值，是重要的笋材两用竹，并且由于其竹丛紧密高大、叶片翠绿宽大，又具有一定的观赏价值，是亚热带地区一种极为重要的经济竹种。本研究以勃氏甜龙竹扦插幼苗为试验材料，通过对其叶片施加不同浓度的外源硅肥的方法，分析外源硅对勃氏甜龙竹叶片硅沉积状况及叶绿素、可溶性糖含量的影响，旨在总结勃氏甜龙竹幼苗生长的最适施硅浓度，为勃氏甜龙竹幼苗的经营与管理提供施用依据。

1　材料与方法

1.1材料

植物材料本试验于2014年11月至2015年1月在西南林业大学生命科学院试验田中展开，所选材料为扦插3个月左右的勃氏甜龙竹幼苗。

试剂材料植物仅能吸收土壤中的以硅酸钠形式存在的硅，因此本试验以硅酸钠水溶液作为外源硅施加材料。

1.2方法

1.2.1试验设计

试验共5个设计组：4个处理组，1个对照组。选取长势良好的幼苗进行处理，分别以0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、4.0mmol/L的硅酸钠溶液对勃氏甜龙竹幼苗施行叶面喷施，对照组以水代替Na2SiO3溶液对幼苗进行喷洒。每隔2天喷洒1次，共喷洒3次。每个浓度梯度重复3次。

1.2.2取样及测定

在勃氏甜龙竹喷施外源硅完成后的第7天、第14天、第21天对植株叶片分别进行采样，每一植株取材部位尽量相同，采样叶片包含新叶、成熟叶以及老叶3部分各9片叶片，将不同发育程度的叶片剪碎充分混合。并对所采集到的植株叶片进行硅含量测定。在施硅后的第21天，选取新鲜的叶片进行叶绿素含量及叶片可溶性糖含量的测定，以分析不同施硅浓度对勃氏甜龙竹叶片生理指标的影响。

勃氏甜龙竹叶片硅含量采用钼蓝比色法进行测定[11]；叶绿素含量采用96%的乙醇进行提取，并用分光光度计进行测定[12]；叶片中的可溶性糖用蒽酮法进行测定[12]。

1.3统计分析

本试验中所有数据，利用Excel10.0及SPSS19.0软件进行整理分析，并对均值进行方差分析与多重比较。

2　结果与分析

2.1叶片中硅浓度的变化

试验选用同一试验田中的勃氏甜龙竹扦插幼苗，在进行试验之前对所选幼苗叶片中的硅含量进行测定。喷洒3次硅肥后，分别在第7天、14天及21天时，对所选植株叶片中的硅含量进行测定(表1)。分析各施加浓度条件下叶片硅含量的变化动态(图1)。

表1　叶片中硅的含量

注：表中数值系平均值±标准误，数据不同字母表示达到5%显著性水平差异。大写字母表示纵向比较，小写字母表示横向比较。

图1　叶片中硅浓度的变化

在不施加外源硅的情况下，勃氏甜龙竹叶片硅的含量也会逐渐增加(表1、图1)。施加外源硅后，第7天，各试验组与对照(即施肥硅浓度为0mol/L)叶片硅含量相比均略有增加，但由于处理的时间尚短，植株并未对所施硅肥进行吸收，因而并未表现显著差异。在施加硅肥后的第14天，各处理组与空白对照组有显著性差异，但0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L及4.0mmol/L处理组间无显著差异。在施加硅肥后的第21天，0.5mmol/L、4.0mmol/L处理组叶片中硅的含量与对照差异不显著，1.0mmol/L、2.0mmol/L处理组叶片中硅的含量与其他各组相比差异显著，但1.0mmol/L与2.0mmol/L之间差异不显著。通过图1，可进一步发现2.0mmol/L组的勃氏甜龙竹幼苗叶片中的硅浓度增加速度最快。

2.2施加外源硅对勃氏甜龙竹叶片叶绿素的影响

对施硅后第21天的勃氏甜龙竹叶片中的叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总含量变化进行分析与测定(图2)。通过图2可以看出，对勃氏甜龙竹幼苗施加外源硅后，1.0mmol/L处理的叶绿素a含量与对照有显著性差异，0.5mmol/L、2.0mmol/L、4.0mmol/L处理与对照无显著性差异；施加外源硅后叶绿素b的含量，1.0mmol/L、2.0mmol/L处理与对照有显著性差异，0.5mmol/L、4.0mmol/L处理与对照无显著性差异；而对于叶绿素总含量，1.0mmol/L、0.5mmol/L、2.0mmol/L处理与对照有显著性差异，但4.0mmol/L处理与对照却无显著性差异。总体而言，除叶绿素b外，叶绿素a和总叶绿素的含量在施硅浓度为1mol/L时，含量最高。

图2　不同处理勃氏甜龙竹叶片叶绿素含量

2.3不同浓度的外源硅对勃氏甜龙竹叶片中可溶性糖含量的影响

从图3可以得出，1.0mmol/L处理叶片中可溶性糖的含量与对照有显著性差异，0.5mmol/L、2.0mmol/L与对照有显著性差异，但4.0mmol/L处理与对照却无显著性差异；1.0mmol/L处理与0.5mmol/L、2.0mmol/L处理的叶片可溶性糖含量有显著性差异。

图3　不同处理勃氏甜龙竹叶片可溶性糖含量

3　结论与讨论

对勃氏甜龙竹扦插幼苗施加外源硅后，可以显著增加竹叶中硅、叶绿素以及可溶性糖的含量。当外源硅的施加浓度为2.0mmol/L时，勃氏甜龙竹幼苗叶片中硅含量的增加值达到最大，继续增加施硅浓度反而会导致叶片中硅的增加量下降。但达到可溶性糖和叶绿素含量最高的施硅浓度与硅含量增加值最大的施硅浓度并不相同，其最适浓度出现在较低的1.0mmol/L处理组。同样，增加施硅浓度会导致叶片中可溶性糖和叶绿素含量降低。综合考虑，1.0mmol/L的施硅浓度为最适浓度，既有益于叶片中硅含量的增加，也有利于叶片中叶绿素含量以及可溶性糖含量的增加。

一般而言，植株中硅含量的变异系数较大。在雷竹(Phyllostachyspraecox)叶片中的矿物质元素中，硅的变异系数最大，达到26.68%[13]。因此在同一片试验田中的勃氏甜龙竹幼苗叶片中的初始硅含量值存在一定差异。施加一定浓度的外源硅后，叶片中的硅含量随着施加外源硅浓度的增加而增加，最终达到一个稳定值。在潘月对雷竹水培苗施加外源硅的研究中得出，低浓度硅处理比较长的生理周期后，对雷竹中硅含量的增加有促进作用；而较高的硅浓度，反而对雷竹的硅含量增加有负作用，反而不利于雷竹的生物量增加[14]。1.0和2.0mmol/L处理组的勃氏甜龙竹幼苗叶片中的硅的吸收一直处于一种较高状态。也有研究表明，只要处理的时间足够长，低浓度的外源硅处理也可以给植株供应充足的硅[15]。然而当施加的外源硅浓度较高(如4.0mmol/L)时，植株会因为盐浓度过高导致细胞缺水进而影响到其对硅的吸收，并且可能对植株分生区细胞的有丝分裂以及伸长区细胞增大造成抑制作用[16]。然而通过施加适当浓度的硅肥，可以促进勃氏甜龙竹叶片硅的吸收利用速度，有益于提高幼苗对不良环境的抗性和提高对不良环境的适应性。

植物对硅的吸收主要通过蒸腾作用进行，以硅酸(Na2SiO3)的形式在植物体内运输，物种间硅含量差别主要来源于根部对硅的吸收能力有所不同，与不同的硅吸收机制有关系[17]。植物体对硅吸收是主动吸收与被动吸收共存的，其所占的比例主要依赖于物种与外界硅浓度。水稻、玉米(Zeamays)以主动吸收为主；向日葵(Helianthusannuus)、冬瓜(Benincasahispida)在外界硅浓度高时，被动吸收占优势，在硅浓度低时，主动吸收占优势，原因可能是存在着转运体系统饱和现象或转运体系统调控机制[18]。勃氏甜龙竹对硅吸收的周期较短，植株叶片内的硅含量上升速度极快，在2.0mmol/L硅浓度处理组中，21天内幼苗叶片中的硅含量上升了3.39倍；在吸收量较低的0.5mmol/L硅浓度试验组中，幼苗叶片中的硅含量也在21天内上升58.40%。由此可以推断出，勃氏甜龙竹在外界硅浓度高时，硅吸收上以被动吸收为主。这一推断与Ding等人[19]的研究成果一致，竹类植物对硅元素的吸收是主动吸收与被动吸收共存的，且被动吸收在竹子地上部分的硅吸收、运输中起主导作用，并受到硅累积效应的影响。

当施加的外源硅浓度较低时，勃氏甜龙竹叶片中的叶绿素含量有显著提升，但施加过高浓度(4.0mmol/L)的外源硅，并不能对叶片中的叶绿素含量起到提升作用。其原因很可能是由于高浓度的硅盐形成了盐害环境，导致细胞受损，从而抑制或减弱了光合作用[20]。因此，在适宜的浓度范围内，硅能提升勃氏甜龙竹中的光合色素含量，从而促进光合作用，但过高浓度会对植株产生一定危害。有试验表明，在对黄瓜(Cucumissativus)、棉花(Gossypiumspp.)以及甘蔗(Saccharumofficinarum)施加高浓度的硅肥后，叶片中叶绿素含量会出现下降甚至会低于对照组[21]，这与本试验的研究结果一致。施加外源硅后勃氏甜龙竹幼苗叶片中的叶绿素a的含量最大提高了92.14%，而叶绿素b的含量最高仅提升了30.50%，所以施硅对叶绿素a的促进作用明显高于叶绿素b。这与王喜艳等人对硅肥保护地黄瓜光合特性方面的研究结果相吻合[22]。

叶绿体是植物进行光合作用的重要场所，而叶绿素是极为重要的捕光色素，对光能的吸收、传递以及在PSⅡ、PSⅠ之间的分配、转换方面有着极为重要的作用。硅之所以能够对植物的光合作用进行改善，主要是通过增加植物的叶片直立性进而改善植物的截光特性[23]，同时有试验证明，植物叶片中的硅化细胞对散射光的透过量为普通绿色细胞的10倍，散射光透过量的增加可以提高植物中下层叶片对阳光的吸收，进一步促进光合作用[24]。并且有研究表明，施加硅肥可促进植株对N、P、Mg2+等营养元素的吸收，进而有助于增加绿色组织的叶绿体含量，延缓叶片的衰老，从而增加功能叶片光合作用[25]，因此对勃氏甜龙竹施加硅肥后叶绿素的含量出现增长。

施加外源硅可显著提高勃氏甜龙竹叶片中的可溶性糖的含量，但施加的硅浓度过高时会导致植株的细胞出现失水现象不利于有机物的积累，因此，过高的硅浓度对勃氏甜龙竹叶片中的可溶性糖含量的提升并无益处。在对雷竹施加硅肥的的试验研究中同样显示出，当植株体内的硅过快增长或施加浓度过高时对植株的生物量增长会产生抑制作用[14]。因此在生产实践中对硅肥的施加应小剂量多次施加。

硅促进植株的生长量的增长通常不是直接作用，很多例子表明，硅促进生长是由于硅能够对植物提供保护，抵御生物和非生物的胁迫；并且硅可以与土壤成分如P、N之间形成正交互作用，因此它的作用可称为“准必需”[26]。对植株施加外源硅可增强植物叶片中二磷酸核酮糖羧化酶的活性，使得有机物的积累加速[27]，硅元素对甘蔗有着明显的增产及增糖作用，硅元素可以促进甘蔗中Ca2+、P、K等营养元素向生长部位转移，进而促进甘蔗蔗糖的合成和积累[28]。此外，硅作为细胞壁的重要组成部分，可以与植株体内的果胶酸、多醛糖酸、糖脂等互相结合，形成稳定性强、溶解度低的单硅酸或多硅酸复合物沉积细胞壁中，进而增强细胞壁的机械强度和稳固性。而这种硅沉积主要存在于植物输导组织的细胞壁中，防止作物输导组织在逆境条件下遭挤压，因而植物体内较高的硅有利于养分的运输以及吸收利用[29]。

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Effects of Exogenous Silicon on Silicon,Chlorophyll and Soluble Sugar Contents in Seedling Leaf Blades of Dendrocalamus brandisii

ZHANG Li-ya,ZHAN Hui,NIU Zhao-hui,WANG Chang-ming,WANG Shu-guang

(Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650224,P.R.China)

The leaf blades ofD.brandisiicutting seedlings were used as samples in this study and silicon fertilizers (Na2SiO3solutions) with different concentrations(0.5mmol/L，1.0mmol/L，2.0mmol/L，4.0mmol/L)were sprayed in every two days,repeated 3 times.The silicon contents inD.brandisiileaves were measured in the 7th,14th,and 21stday after fertilization respectively.The results showed that the silicon content in leaf blades increased gradually without any silicon fertilization,but the silicon content in leaf blades could increase significantly when silicon fertilizer was applied.With increasing of silicon concentration,the silicon content in blades also increased significantly.When it came to 2.0mmol/L,the silicon content in blades reached the highest value,however it is not significantly different from that of 1.0 mmol/L silicon fertilizer applied.If the concentration of silicon fertilizer was increased continuously ,the silicon content in blades did not increase any more.After 21days of fertilization,the leaf blades with 1.0 mmol/L silicon fertilization had the highest contents of chlorophyll and soluble sugar.Therefore,1.0 mmol/L is the optimum concentration forD.brandisii.

exogenous silicon;Dendrocalamusbrandisii;silicon;chlorophyll;soluble sugar

2015-09-14

国家自然科学基金资助项目(31460169)，云南省高校林下生物资源保护及利用科技创新团队项目(51400605)，西南林业大学科技创新基金立项项目(C14107)。

张丽雅(1992-)，女，硕士生，主要从事丛生竹竹材中硅的生物矿化研究。E-mail:974601930@qq.com

简介：王曙光(1979-)，男，博士，副教授，主要从事竹类植物研究。E-mail:stevenwang1979@126.com

S 795.9

A

1672-8246(2016)04-0101-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.017