硅对西瓜幼苗生长•光合特性及保护酶活性的影响

赵晓美 李正为 于文进 李家文 周艳霞 龙明华

摘要  [目的]研究不同浓度硅（Si）对西瓜幼苗生长、光合特性及保护性酶活性的影响，为探究外源硅对西瓜幼苗生长及生理特性的影響提供理论依据。[方法] 以“早佳8424”西瓜为试验材料，采用水培法，硅酸钾作为硅源，研究不同硅浓度0 mg/L（CK）、28 mg/L（T1）、56 mg/L（T2）和84 mg/L（T3）4个处理对西瓜幼苗生长指标、光合指标及保护酶活性的影响。[结果] 在0～84 mg/L硅浓度范围内，蒸腾速率（Tr）随硅浓度的增加而降低，叶绿素含量（SPAD值）、POD和SOD活性随硅浓度的增加而升高;56 mg/L硅处理的植株生长速度最快;植株鲜重分别较T3、T1、CK处理显著增加33.47%、52.42%、65.59%，干重分别较T3、T1、CK 处理显著增加32.43%、48.48%、66.10%;根系长度分别较T3、T1、CK处理显著增加40.32%、37.99%、43.47%;净光合速率较T1、CK显著增加32.78%、37.53%，气孔导度分别较T3、T1、CK显著增加85.71%、191.84%、150.88%，胞间CO2浓度分别较T3、T1、CK显著增加4.09%、7.89%、8.75%;T1、T2、T3处理的POD、SOD活性分别在第6天、第3 天达到最大，其中在84 mg/L硅浓度处理POD、SOD活性高于其他处理。[结论]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，促进西瓜幼苗的生长，其中营养液硅浓度以56 mg/L为好。

关键词 西瓜幼苗;硅;生长;光合特性;酶活性

中图分类号 S 651  文献标识码 A  文章编号 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

基金項目 国家科技支撑计划资助项目（2007BAD68B04）;广西研究生教育创新资助项目（GXU11T32562）。

作者简介 赵晓美（1986—），女，河南漯河人，农艺师，硕士，从事蔬菜栽培及技术推广工作。通信作者，教授，博士生导师，博士，从事蔬菜育种、栽培及农产品质量安全研究。

收稿日期 2021-05-19

硅是植物生长的有益元素。将硅肥排在氮、磷、钾肥之后，称之为“第四大元素肥”[1]。硅肥已广泛用于单子叶植物生产中，如水稻、甘蔗等，可以促进作物生长、增强抗逆性、增加产量和提高品质[2]。硅在双子叶植物生产的应用也逐渐增多。曹逼力等[3]研究表明，低浓度的硅会增加番茄叶片的叶绿素含量，降低植株的蒸腾作用，积累更多的干物质。刘缓[4]研究表明，营养液中加入适宜浓度的硅，能促进黄瓜植株的生长发育，并可以提高黄瓜的产量和品质，当营养液中硅浓度过高时，会抑制黄瓜植株的生长发育，降低产量与果实品质。苗锦山[5]研究发现，弱光条件下对厚皮甜瓜喷施硅能提高植株的光合作用。张清华等[6]研究表明在硅浓度为0～1.8 mmo/L时，能促进西瓜叶片净光合速率。目前已被证实硅对作物的研究主要集中在禾本科、豆科及黄瓜、甜瓜、番茄等作物上，有关硅在西瓜上的应用研究已有报道，但并不多见。笔者通过水培试验，于营养液中添加不同浓度的硅元素，研究外源硅对西瓜幼苗营养生长、光合指标和保护性酶活性的影响，以期为西瓜生产上硅肥的合理施用及无土栽培营养液中硅的使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地点及材料。

试验于2012年8月在广西大学蔬菜试验基地大棚内进行。试验品种为“早佳（8424）”西瓜，是由新疆葡萄瓜果研究所和新疆农业科学院园艺作物研究所共同培育的早熟西瓜。

1.1.2 种植槽、种植板与种植杯。

种植槽长×宽×高为2 m×1 m×25 cm。为防止营养液渗漏，种植槽内部铺设双层塑料薄膜。泡沫板为种植板，长×宽×高为1 m×1 m×2 cm，种植板上开9个种植孔，直径5 cm。塑料种植杯高7 cm、上口径5 cm、下口径4 cm，底部和四周均有可让植株根系伸出的孔隙。

1.2 方法

1.2.1 营养液配方。

采用深液流（DFT）水培法，营养液各元素的浓度分别为N 180 mg/L，P 50 mg/L，K 320 mg/L，Ca 160 mg/L，Mg 47 mg/L，Fe 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 试验设计。

采用完全随机试验设计，在营养液配方一致的基础上单独添加外源硅，采用硅酸钾（K2SiO3·nH2O）作为硅源。硅浓度分别为0（CK）、28 mg/L（T1）、56 mg/L（T2）、84 mg/L（T3）。于2012年8月31日播种育苗，采用72孔黑色苗盘，9月12日（幼苗3叶1心时）定植。每处理18株，3次重复，株行距20 cm×20 cm，小区面积2 m2。 苗期营养液的EC值为1.2～1.5 mS/cm，pH保持在6.0～6.5[8]。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 植株生长指标。

按照赵晓美等[9]的测定方法，于定植后0、4、8 d测定植株高度，定植第8天测定植株的叶片数、根系长度、植株鲜重和干重。植株高度、根系长度用直尺测定。随机取 10 株完整的幼苗，冲洗干净，用滤纸吸干水分，称取植株鲜重，之后将植株装进纸袋中放进烘箱，在105 ℃下杀青15 min，之后降至75 ℃烘干至植株恒定干重，用电子天平称重。

1.3.2 光合指标。

定植8 d后，于晴天10：00—11：00测定第4片真叶的光合指标。净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）用美国的Li-Cor6400便携式光合速率测定仪测定，叶绿素含量（SPAD值）用日本的SPAD-502Plus便携式叶绿素仪测定[9]。

1.3.3 酶活性。

测定定植后0、3、6、9 d西瓜幼苗叶片的SOD、POD的活性。每个小区随机取5株，摘取第4片真叶测定酶活性。用氮蓝四唑法测定SOD活性，用愈创木酚法测定POD活性[10]。

1.4 数据处理

采用 Excel 2007 软件进行数据处理与绘图，采用DPS 7.05软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度硅对西瓜苗期生长的影响

0～84 mg/L硅浓度范围内，西瓜幼苗植株的生长速率随着硅浓度的增加先升后降，其中T2植株生长速率最快，株高最高（图1）。由表1可知，T2处理西瓜幼苗叶片数为6.60片，与其他处理差异不

显著;植株鲜重为9.77  g，分别较T3、T1、CK处理显著增加33.47%、52.42%、65.59%;干重为0.98 g，分别较T3、T1、CK处理显著增加32.43%、48.48%、66.10%;根系长度为19.87 cm，分别较T3、T1、CK处理显著增加40.32%、37.99%、43.47%。表明在0～84  mg/L硅浓度范围内，增加硅浓度能促进西瓜植株的生长，但硅浓度过高西瓜植株生长会受到抑制。

2.2 不同浓度硅对西瓜苗期叶片保护性酶活性的影响

不同处理西瓜幼苗叶片中SOD和POD活性均随时间变化呈先升高后降低的趋势，CK变化不明显。CK的POD活性在第3天达到最大值，其他3个处理的POD活性在第6天达到最大值，之后下降。第3天T2处理的POD活性最高，与其他处理差异显著;第6天T3处理的 POD活性最大，与其他处理达显著差异水平;第9天T3处理的 POD活性最大，与CK和T1处理差异显著，与T2处理差异不显著（图2）。

CK的SOD活性在第6天达到最大值，其他3个处理的SOD活性在第3天达到最大值，其中T3处理的SOD活性均高于其他处理，在第3天与CK和T1处理差异显著，与T2处理差异不显著;T3处理在第6天与T1达显著差异水平，与CK、T2间差异不显著;第9天所有处理间差异不显著（图3）。表明随着硅浓度增加，西瓜叶片活性氧增多，SOD和POD活性增加。如果活性氧过多，则超出了体内防御能力，会对西瓜幼苗产生严重的胁迫，影响西瓜的正常生长发育。

2.3 不同浓度硅对西瓜幼苗叶片光合特性的影响

从表2可以看出，在0～84 mg/L硅浓度范围内，西瓜幼苗叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度随着营养液中硅浓度的增加先升高后降低，蒸腾速率随硅浓度的增加而下降。其中，T2的净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度最大，分别为22.28 μmol/（m2·s）、1.43 mol/（m2·s）和298.00 μmol/mol;净光合速率与T3处理差异不显著，较T1、CK增加32.78%、37.53%;气孔导度分别较T3、T1、CK显著增加85.71%、191.84%、150.88%，胞间CO2浓度分别较T3、T1、CK增加4.09%、7.89%、8.75%。蒸腾速率T3最低，分别较T2、T1、CK显著减少了11.15%、12.30%、13.14%，但T2、T1、CK之间差异不显著。说明增加外源硅可以提高西瓜叶片的净光合速率，减少西瓜叶片水分蒸发。叶绿素含量（SPAD）随着硅浓度的增加而增加，T3的叶绿素含量最高为56.60，分别较T2、T1、CK显著增加9.48%、11.20%、18.66%。说明0～84 mg/L硅浓度范围内，西瓜叶片的叶绿素含量随着硅浓度的增加逐渐升高，光合作用增强。

3 讨论

3.1 硅对西瓜幼苗生长的影响

硅在植物生物学中有非常重要的作用，营养液配方中应该添加硅，因为硅很可能是植物必需元素[11]。梁颖等[12]研究表明外源硅处理使缺磷、低磷条件下番茄幼苗植株干质量均有所上升。郑世英等[13]研究表明外源硅处理提高了干旱胁迫下野生大豆的地下部干、鲜重和地上部干、鲜重。在该研究中，0～84 mg/L硅浓度范围内，西瓜幼苗植株的生长速率随着硅浓度的增加先升后降，56  mg/L硅处理植株生长速率最快，株高、叶片数、植株鲜重、干重、根系长度都优于其他处理，这与李清芳等[14]、刘慧霞等[15]的研究结果相似。

3.2 硅对西瓜幼苗光合作用的影响

叶绿素含量可直接影响植株叶片的光合能力，添加硅可以增加叶片的叶面积、叶绿素含量，合成更多的有机物，从而提高光合效率[16]。马成仓等[17] 研究表明，硅能够提高玉米幼苗叶片中叶绿素含量，增强光合作用。魏国强等[18]研究表明硅能增加黄瓜叶片中叶绿素含量。李清芳等[19]研究表明，硅可以增强棉花幼苗的光合强度，减弱蒸腾作用。在该研究中，添加硅能增加叶片中叶绿素含量，提高光合作用，减少蒸腾作用，这与刘景凯等[20]、蒋英等[21]研究结果一致。这可能是因为植物叶片的硅化细胞对于散射光的透过率为绿色细胞的 10 倍，促进叶片对光能的吸收，从而促进光合作用;硅充足时，叶片直立、植株的受光姿态好，间接增加叶片的光合作用[22]。另外硅化物沉淀在细胞壁与角质层之间，能抑制植物的蒸腾[22]。

3.3 硅对西瓜幼苗保护性酶活性的影响

SOD、POD作為保护酶系统的主要组成部分，在清除自由基、维持自由基平衡方面发挥重要作用[16]，并能提高植物组织的抗氧化能力。李清芳等[23]研究表明施硅可增加干旱胁迫下玉米植株内SOD、POD和CAT活性，减轻自由基对玉米叶片的伤害作用。该试验结果表明，增施外源硅能促进西瓜幼苗叶片SOD和POD活性的提高，与曾瑞儿等[24]、张环纬等[25]的研究结果一致。该试验仅研究了硅对SOD和POD活性的影响，未研究其他抗氧化酶类，存在一定的不足之处。

4 结论

综上所述，在0～84 mg/L硅浓度范围内，56 mg/L硅浓度处理的西瓜幼苗生长速度、叶片数、植株鲜重、干重、根系长度、净光合速率Pn、气孔导度Gs、胞间CO2浓度Ci均优于其他处理，84 mg/L硅浓度处理的叶绿素含量、POD和SOD活性最高。总之，营养液中添加外源硅，可以促进西瓜幼苗的营养生长，增加叶片叶绿素含量，提高光合作用，减少蒸腾作用，提高叶片的SOD和POD活性。该试验通过研究硅对西瓜幼苗的影响，为后续硅对西瓜产量、品质的进一步研究及西瓜合理施用硅肥提供理论参考和技术支持。

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