纳米二氧化硅对黄瓜幼苗生长的影响

梅文宇 付荣杰 刘林忠 周武艺 孙光闻

纳米材料是指在三维空间上至少有一维处于1～100 nm的材料，20世纪80年代至今，随着纳米技术的高速发展，纳米材料在工业、医学及农业等领域的应用越来越广泛[1]。纳米材料因为其独特的尺寸效应、表面界面效应等，具备许多大尺寸材料所不具备的优良理化性质[2]。硅肥被列为氮、磷、钾之后的第四大元素肥料，虽未证实是植物生长的必需元素，但已发现硅能够显著促进植物的生长及提高其抗性，且因硅肥稳定无毒，在农业生产上应用潜力巨大[3]。有研究发现，相比传统硅肥，纳米硅材料具有更强的渗透性，喷施纳米二氧化硅材料可更好地促进植物生长[4]，提高植物干物质量及促进氮、磷、钾等营养元素的吸收[5]。

黄瓜原产于印度，又称刺瓜、青瓜等，为葫芦科黄瓜属植物，因其果实营养丰富、肉质脆嫩，既可生食又可熟食而深受人们喜爱[6]。育苗是黄瓜生产的关键环节，幼苗质量直接影响黄瓜的花芽分化、移栽成活率、缓苗期以及果实的发育，并最终影响黄瓜的产量和品质，因此黄瓜的壮苗技术显得尤为关键[7]。本试验以黄瓜为材料，研究不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗生长的影响，并筛选最适宜喷施的纳米二氧化硅材料浓度，以期为纳米材料在蔬菜育苗生产上的应用提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验黄瓜品种为改良花青大吊瓜，购于广东省农业科学院种子市场；试验材料为纳米二氧化硅，由华南农业大学材料与能源学院提供。

1.2 试验方法

试验于2021年3月28日至4月16日在华南农业大学园艺学院大棚进行，试验将50孔穴盘拆分为25孔穴盘进行育苗，以椰糠为育苗基质。播种后，用清水浇灌，待黄瓜幼苗2片子叶完全展开后，开始用1/2剂量霍格兰营养液浇灌，并进行第1次纳米二氧化硅浇施处理，试验设CK（0 mg/L）、T1（20 mg/L）、T2（40 mg/L）、T3（60 mg/L）、T4（80 mg/L）、T5（100 mg/L）6个处理，将纳米二氧化硅材料均匀混在1/2剂量营养液中，然后均匀喷施黄瓜叶片。每个处理3次重复，每个重复1盘，每盘25株苗。日常管理时浇灌1/2剂量营养液，纳米二氧化硅共处理2次，2次处理间隔7 d。当幼苗生长至3叶1心时，每小区随机选择10株进行各项生长指标测定。

1.3 测定项目及方法

株高、最大叶长、最大叶宽、子叶长、子叶宽用直尺测量；茎粗用游标卡尺测量；地上部鲜质量：用剪刀剪去地下部分，用电子天平称量；根鲜质量：用清水将附着在根部的基质洗去，用滤纸吸去多余水分，待晾干后用电子天平称量；地上部干质量、根部干质量：将地上部和根部分别放入烘箱中，于105℃杀青30 min，随后在75℃烘干至恒重，再用分析天平称量；壮苗指数=（茎粗/株高）×总鲜质量×10[8]；使用叶绿素仪测量叶片SPAD值。

1.4 数据分析

试验数据用Excel 2013和SPSS软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗株高、茎粗、壮苗指数及叶绿素含量的影响

由表1可知，和CK相比，不同浓度纳米二氧化硅处理下的黄瓜幼苗株高和茎粗2项指标变化不大，高浓度（60、80、100 mg/L）纳米二氧化硅处理下的株高和茎粗与CK相比略有降低；低浓度纳米二氧化硅处理下的植株壮苗指数比CK的有所增加，其中T2处理的壮苗指数最大，较CK增加14.2%。不同浓度纳米二氧化硅处理的黄瓜幼苗叶绿素含量均有一定增加，其中T4处理的最大，比CK增加14.2%，其次是T3、T5处理，且T3、T4、T5处理与CK间存在显著差异。

表1 不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗株高、茎粗、壮苗指数及叶绿素含量的影响

2.2 不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗生物量的影响

如表2所示，与CK相比，T1、T2、T3处理对黄瓜幼苗地上部鲜质量均有提升作用，其中T2处理地上部鲜质量最大，比CK显著增加12.3%；各处理均可不同程度提高黄瓜幼苗的地上部干质量，其中T1处理最大，较CK显著增加14.6%，其余处理与CK相比无显著差异。与CK相比，纳米二氧化硅处理对黄瓜幼苗根部鲜质量、干质量均有一定促进作用，其中T2处理根鲜质量比CK增加23.6%，T3处理的根部干质量比CK增加41.2%。

表2 不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗生物量的影响 g/株

2.3 不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗叶片性状的影响

如表3所示，纳米二氧化硅处理后的黄瓜幼苗，最大叶长、最大叶宽上相较CK整体略有升高，其中T2处理的最大叶长比CK增加12.4%、最大叶宽比CK增加5.7%，但所有处理间差异不显著。与CK相比，各处理对黄瓜幼苗子叶长和子叶宽有一定的促进效果，其中T2处理子叶长比CK增加8.8%，子叶宽比CK增加9.1%，均达到显著差异水平，且T1处理的子叶长也显著大于CK。

表3 不同浓度纳米二氧化硅对黄瓜幼苗叶片性状的影响 cm

3 结论与讨论

不同作物对于纳米二氧化硅的耐受度不尽相同，目前多数研究都表明纳米硅材料能在一定程度上对多种植物幼苗的生长及种子的萌发起到促进作用[9]。Siddiqui等[10]研究发现，纳米二氧化硅能够促进番茄幼苗的生长，还能够提高番茄种子的发芽率及缩短发芽时间。另外施用纳米二氧化硅对植物的益处不仅体现在促进种子萌发、幼苗生长等方面，还能够提高植物的抗性，Nisaq等[11]发现，利用纳米二氧化硅处理过的蝴蝶兰具有更强的软腐病抗性。此外，介孔纳米二氧化硅可以作为一种农药载体促进植物对药物的吸收，Zhao等[12]利用介孔二氧化硅颗粒装载咪鲜胺（一类杀菌剂）对黄瓜苗进行处理，与常规悬浮液相比，装载咪鲜胺的介孔纳米二氧化硅具有相同的杀菌活性，更易被植物吸收，且不易残留。本试验结果与刘建华等[13]研究结果相似，即40 mg/L浓度下浇施纳米二氧化硅对幼苗生长具有最好的促进作用，这可能与叶片中叶绿素含量提高有关。相关研究认为，纳米硅材料经过植物的吸收与运输，最终能够嵌合到叶绿体上，提高相关光合色素含量，促进气体交换，从而增强植株的光合作用[9]。

综上所述，本试验通过对比各处理黄瓜幼苗生长指标发现，低浓度的纳米二氧化硅处理可促进黄瓜幼苗生长，其中40 mg/L浓度处理下的黄瓜幼苗生长综合效果最好。