張麗雅，詹卉，牛兆輝，王昌命，王曙光

(西南林業(yè)大學(xué)，云南　昆明650224)

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外源硅對勃氏甜龍竹葉片硅、葉綠素及可溶性糖的影響*

張麗雅，詹卉，牛兆輝，王昌命，王曙光

(西南林業(yè)大學(xué)，云南昆明650224)

以勃氏甜龍竹扦插幼苗為試驗材料，對其施加不同濃度(0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、4.0mmol/L)的外源硅肥(Na2SiO3水溶液)，每隔2天噴灑1次，共噴灑3次。在試驗的第7天、14天以及21天，采集勃氏甜龍竹幼苗的葉片進行硅含量測定；第21天對植株葉片中的葉綠素含量及可溶性糖含量進行檢測。結(jié)果表明，在不施加外源硅肥的條件下，葉片中硅含量也會逐漸增加。當施加外源硅肥時，葉片中硅的含量顯著增加。隨著施加的硅肥濃度不斷上升，葉片中硅的含量增加越顯著。當施加濃度達到2.0mmol/L時，葉片中的硅含量達到最高，但與1.0mmol/L施加濃度的結(jié)果差異不顯著。若外源硅濃度繼續(xù)升高，葉片中硅含量不再增加。施完硅肥21天后，施加硅濃度為1.0mmol/L的葉片葉綠素和可溶性糖含量最高。因此1.0mmol/L為最佳施硅濃度。

外源硅；勃氏甜龍竹；硅；葉綠素；可溶性糖

硅是地殼與土壤中普遍存在的一種元素，但大多數(shù)的硅以二氧化硅的形式存在，無法被植物吸收利用，只有極少的單硅酸可以被植物吸收利用，這部分硅被稱為有效硅[1]。對于禾本科(Poaceae)、木賊科(Equisetaceae)以及莎草科(Cyperaceae)植物而言，都存在極為顯著的硅吸收，是這類植物生長發(fā)育所必不可少的元素，是促進植物正常生長的有益元素；但對于絕大多數(shù)的植物來說硅并不是一種必要元素[2]。硅沉積對植物的生長有著極為重要的作用，硅可以增強植物的機械組織強度，在禾本科植物中適量的硅可以增加其抗倒伏的能力[3]，同時累積在葉片表皮的硅能有效減小蒸騰作用，從而增強植物對逆境的抗性[4]；葉片中的硅可以使得葉片保持堅挺狀態(tài)，使得葉片與莖干之間的夾角減小以及減少葉片與葉片之間的遮擋作用，因而增強有效光截獲量，改善光合作用[5]；硅沉積在表皮下面形成角質(zhì)雙硅層，增加葉片硬度，構(gòu)成一道物理屏障，能有效阻止真菌、昆蟲及食草動物的侵蝕[6]。并且適量地增加土壤中的硅濃度，還可以增加水稻(Oryzasativa)、小麥(Triticumaestivum)等作物的結(jié)實率[7]。此外近年來的研究表明硅可以提高植物的耐鹽性，促進水稻植株對N、P、K等養(yǎng)分的吸收，減輕過量的Mn、Fe、Al元素對植株的毒害作用[8～9]。

勃氏甜龍竹(Dendrocalamusbrandisii)屬于禾本科竹亞科(Bambusoideae)牡竹屬(DendrocalamusNees)，原產(chǎn)于緬甸以及云南德宏地區(qū)[10]，有著極高的經(jīng)濟價值，是重要的筍材兩用竹，并且由于其竹叢緊密高大、葉片翠綠寬大，又具有一定的觀賞價值，是亞熱帶地區(qū)一種極為重要的經(jīng)濟竹種。本研究以勃氏甜龍竹扦插幼苗為試驗材料，通過對其葉片施加不同濃度的外源硅肥的方法，分析外源硅對勃氏甜龍竹葉片硅沉積狀況及葉綠素、可溶性糖含量的影響，旨在總結(jié)勃氏甜龍竹幼苗生長的最適施硅濃度，為勃氏甜龍竹幼苗的經(jīng)營與管理提供施用依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

植物材料本試驗于2014年11月至2015年1月在西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院試驗田中展開，所選材料為扦插3個月左右的勃氏甜龍竹幼苗。

試劑材料植物僅能吸收土壤中的以硅酸鈉形式存在的硅，因此本試驗以硅酸鈉水溶液作為外源硅施加材料。

1.2方法

1.2.1試驗設(shè)計

試驗共5個設(shè)計組：4個處理組，1個對照組。選取長勢良好的幼苗進行處理，分別以0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L、4.0mmol/L的硅酸鈉溶液對勃氏甜龍竹幼苗施行葉面噴施，對照組以水代替Na2SiO3溶液對幼苗進行噴灑。每隔2天噴灑1次，共噴灑3次。每個濃度梯度重復(fù)3次。

1.2.2取樣及測定

在勃氏甜龍竹噴施外源硅完成后的第7天、第14天、第21天對植株葉片分別進行采樣，每一植株取材部位盡量相同，采樣葉片包含新葉、成熟葉以及老葉3部分各9片葉片，將不同發(fā)育程度的葉片剪碎充分混合。并對所采集到的植株葉片進行硅含量測定。在施硅后的第21天，選取新鮮的葉片進行葉綠素含量及葉片可溶性糖含量的測定，以分析不同施硅濃度對勃氏甜龍竹葉片生理指標的影響。

勃氏甜龍竹葉片硅含量采用鉬藍比色法進行測定[11]；葉綠素含量采用96%的乙醇進行提取，并用分光光度計進行測定[12]；葉片中的可溶性糖用蒽酮法進行測定[12]。

1.3統(tǒng)計分析

本試驗中所有數(shù)據(jù)，利用Excel10.0及SPSS19.0軟件進行整理分析，并對均值進行方差分析與多重比較。

2　結(jié)果與分析

2.1葉片中硅濃度的變化

試驗選用同一試驗田中的勃氏甜龍竹扦插幼苗，在進行試驗之前對所選幼苗葉片中的硅含量進行測定。噴灑3次硅肥后，分別在第7天、14天及21天時，對所選植株葉片中的硅含量進行測定(表1)。分析各施加濃度條件下葉片硅含量的變化動態(tài)(圖1)。

表1　葉片中硅的含量

注：表中數(shù)值系平均值±標準誤，數(shù)據(jù)不同字母表示達到5%顯著性水平差異。大寫字母表示縱向比較，小寫字母表示橫向比較。

圖1　葉片中硅濃度的變化

在不施加外源硅的情況下，勃氏甜龍竹葉片硅的含量也會逐漸增加(表1、圖1)。施加外源硅后，第7天，各試驗組與對照(即施肥硅濃度為0mol/L)葉片硅含量相比均略有增加，但由于處理的時間尚短，植株并未對所施硅肥進行吸收，因而并未表現(xiàn)顯著差異。在施加硅肥后的第14天，各處理組與空白對照組有顯著性差異，但0.5mmol/L、1.0mmol/L、2.0mmol/L及4.0mmol/L處理組間無顯著差異。在施加硅肥后的第21天，0.5mmol/L、4.0mmol/L處理組葉片中硅的含量與對照差異不顯著，1.0mmol/L、2.0mmol/L處理組葉片中硅的含量與其他各組相比差異顯著，但1.0mmol/L與2.0mmol/L之間差異不顯著。通過圖1，可進一步發(fā)現(xiàn)2.0mmol/L組的勃氏甜龍竹幼苗葉片中的硅濃度增加速度最快。

2.2施加外源硅對勃氏甜龍竹葉片葉綠素的影響

對施硅后第21天的勃氏甜龍竹葉片中的葉綠素a、葉綠素b以及葉綠素總含量變化進行分析與測定(圖2)。通過圖2可以看出，對勃氏甜龍竹幼苗施加外源硅后，1.0mmol/L處理的葉綠素a含量與對照有顯著性差異，0.5mmol/L、2.0mmol/L、4.0mmol/L處理與對照無顯著性差異；施加外源硅后葉綠素b的含量，1.0mmol/L、2.0mmol/L處理與對照有顯著性差異，0.5mmol/L、4.0mmol/L處理與對照無顯著性差異；而對于葉綠素總含量，1.0mmol/L、0.5mmol/L、2.0mmol/L處理與對照有顯著性差異，但4.0mmol/L處理與對照卻無顯著性差異。總體而言，除葉綠素b外，葉綠素a和總?cè)~綠素的含量在施硅濃度為1mol/L時，含量最高。

圖2　不同處理勃氏甜龍竹葉片葉綠素含量

2.3不同濃度的外源硅對勃氏甜龍竹葉片中可溶性糖含量的影響

從圖3可以得出，1.0mmol/L處理葉片中可溶性糖的含量與對照有顯著性差異，0.5mmol/L、2.0mmol/L與對照有顯著性差異，但4.0mmol/L處理與對照卻無顯著性差異；1.0mmol/L處理與0.5mmol/L、2.0mmol/L處理的葉片可溶性糖含量有顯著性差異。

圖3　不同處理勃氏甜龍竹葉片可溶性糖含量

3　結(jié)論與討論

對勃氏甜龍竹扦插幼苗施加外源硅后，可以顯著增加竹葉中硅、葉綠素以及可溶性糖的含量。當外源硅的施加濃度為2.0mmol/L時，勃氏甜龍竹幼苗葉片中硅含量的增加值達到最大，繼續(xù)增加施硅濃度反而會導(dǎo)致葉片中硅的增加量下降。但達到可溶性糖和葉綠素含量最高的施硅濃度與硅含量增加值最大的施硅濃度并不相同，其最適濃度出現(xiàn)在較低的1.0mmol/L處理組。同樣，增加施硅濃度會導(dǎo)致葉片中可溶性糖和葉綠素含量降低。綜合考慮，1.0mmol/L的施硅濃度為最適濃度，既有益于葉片中硅含量的增加，也有利于葉片中葉綠素含量以及可溶性糖含量的增加。

一般而言，植株中硅含量的變異系數(shù)較大。在雷竹(Phyllostachyspraecox)葉片中的礦物質(zhì)元素中，硅的變異系數(shù)最大，達到26.68%[13]。因此在同一片試驗田中的勃氏甜龍竹幼苗葉片中的初始硅含量值存在一定差異。施加一定濃度的外源硅后，葉片中的硅含量隨著施加外源硅濃度的增加而增加，最終達到一個穩(wěn)定值。在潘月對雷竹水培苗施加外源硅的研究中得出，低濃度硅處理比較長的生理周期后，對雷竹中硅含量的增加有促進作用；而較高的硅濃度，反而對雷竹的硅含量增加有負作用，反而不利于雷竹的生物量增加[14]。1.0和2.0mmol/L處理組的勃氏甜龍竹幼苗葉片中的硅的吸收一直處于一種較高狀態(tài)。也有研究表明，只要處理的時間足夠長，低濃度的外源硅處理也可以給植株供應(yīng)充足的硅[15]。然而當施加的外源硅濃度較高(如4.0mmol/L)時，植株會因為鹽濃度過高導(dǎo)致細胞缺水進而影響到其對硅的吸收，并且可能對植株分生區(qū)細胞的有絲分裂以及伸長區(qū)細胞增大造成抑制作用[16]。然而通過施加適當濃度的硅肥，可以促進勃氏甜龍竹葉片硅的吸收利用速度，有益于提高幼苗對不良環(huán)境的抗性和提高對不良環(huán)境的適應(yīng)性。

植物對硅的吸收主要通過蒸騰作用進行，以硅酸(Na2SiO3)的形式在植物體內(nèi)運輸，物種間硅含量差別主要來源于根部對硅的吸收能力有所不同，與不同的硅吸收機制有關(guān)系[17]。植物體對硅吸收是主動吸收與被動吸收共存的，其所占的比例主要依賴于物種與外界硅濃度。水稻、玉米(Zeamays)以主動吸收為主；向日葵(Helianthusannuus)、冬瓜(Benincasahispida)在外界硅濃度高時，被動吸收占優(yōu)勢，在硅濃度低時，主動吸收占優(yōu)勢，原因可能是存在著轉(zhuǎn)運體系統(tǒng)飽和現(xiàn)象或轉(zhuǎn)運體系統(tǒng)調(diào)控機制[18]。勃氏甜龍竹對硅吸收的周期較短，植株葉片內(nèi)的硅含量上升速度極快，在2.0mmol/L硅濃度處理組中，21天內(nèi)幼苗葉片中的硅含量上升了3.39倍；在吸收量較低的0.5mmol/L硅濃度試驗組中，幼苗葉片中的硅含量也在21天內(nèi)上升58.40%。由此可以推斷出，勃氏甜龍竹在外界硅濃度高時，硅吸收上以被動吸收為主。這一推斷與Ding等人[19]的研究成果一致，竹類植物對硅元素的吸收是主動吸收與被動吸收共存的，且被動吸收在竹子地上部分的硅吸收、運輸中起主導(dǎo)作用，并受到硅累積效應(yīng)的影響。

當施加的外源硅濃度較低時，勃氏甜龍竹葉片中的葉綠素含量有顯著提升，但施加過高濃度(4.0mmol/L)的外源硅，并不能對葉片中的葉綠素含量起到提升作用。其原因很可能是由于高濃度的硅鹽形成了鹽害環(huán)境，導(dǎo)致細胞受損，從而抑制或減弱了光合作用[20]。因此，在適宜的濃度范圍內(nèi)，硅能提升勃氏甜龍竹中的光合色素含量，從而促進光合作用，但過高濃度會對植株產(chǎn)生一定危害。有試驗表明，在對黃瓜(Cucumissativus)、棉花(Gossypiumspp.)以及甘蔗(Saccharumofficinarum)施加高濃度的硅肥后，葉片中葉綠素含量會出現(xiàn)下降甚至?xí)陀趯φ战M[21]，這與本試驗的研究結(jié)果一致。施加外源硅后勃氏甜龍竹幼苗葉片中的葉綠素a的含量最大提高了92.14%，而葉綠素b的含量最高僅提升了30.50%，所以施硅對葉綠素a的促進作用明顯高于葉綠素b。這與王喜艷等人對硅肥保護地黃瓜光合特性方面的研究結(jié)果相吻合[22]。

葉綠體是植物進行光合作用的重要場所，而葉綠素是極為重要的捕光色素，對光能的吸收、傳遞以及在PSⅡ、PSⅠ之間的分配、轉(zhuǎn)換方面有著極為重要的作用。硅之所以能夠?qū)χ参锏墓夂献饔眠M行改善，主要是通過增加植物的葉片直立性進而改善植物的截光特性[23]，同時有試驗證明，植物葉片中的硅化細胞對散射光的透過量為普通綠色細胞的10倍，散射光透過量的增加可以提高植物中下層葉片對陽光的吸收，進一步促進光合作用[24]。并且有研究表明，施加硅肥可促進植株對N、P、Mg2+等營養(yǎng)元素的吸收，進而有助于增加綠色組織的葉綠體含量，延緩葉片的衰老，從而增加功能葉片光合作用[25]，因此對勃氏甜龍竹施加硅肥后葉綠素的含量出現(xiàn)增長。

施加外源硅可顯著提高勃氏甜龍竹葉片中的可溶性糖的含量，但施加的硅濃度過高時會導(dǎo)致植株的細胞出現(xiàn)失水現(xiàn)象不利于有機物的積累，因此，過高的硅濃度對勃氏甜龍竹葉片中的可溶性糖含量的提升并無益處。在對雷竹施加硅肥的的試驗研究中同樣顯示出，當植株體內(nèi)的硅過快增長或施加濃度過高時對植株的生物量增長會產(chǎn)生抑制作用[14]。因此在生產(chǎn)實踐中對硅肥的施加應(yīng)小劑量多次施加。

硅促進植株的生長量的增長通常不是直接作用，很多例子表明，硅促進生長是由于硅能夠?qū)χ参锾峁┍Ｗo，抵御生物和非生物的脅迫；并且硅可以與土壤成分如P、N之間形成正交互作用，因此它的作用可稱為“準必需”[26]。對植株施加外源硅可增強植物葉片中二磷酸核酮糖羧化酶的活性，使得有機物的積累加速[27]，硅元素對甘蔗有著明顯的增產(chǎn)及增糖作用，硅元素可以促進甘蔗中Ca2+、P、K等營養(yǎng)元素向生長部位轉(zhuǎn)移，進而促進甘蔗蔗糖的合成和積累[28]。此外，硅作為細胞壁的重要組成部分，可以與植株體內(nèi)的果膠酸、多醛糖酸、糖脂等互相結(jié)合，形成穩(wěn)定性強、溶解度低的單硅酸或多硅酸復(fù)合物沉積細胞壁中，進而增強細胞壁的機械強度和穩(wěn)固性。而這種硅沉積主要存在于植物輸導(dǎo)組織的細胞壁中，防止作物輸導(dǎo)組織在逆境條件下遭擠壓，因而植物體內(nèi)較高的硅有利于養(yǎng)分的運輸以及吸收利用[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

國家自然科學(xué)基金資助項目(31460169)，云南省高校林下生物資源保護及利用科技創(chuàng)新團隊項目(51400605)，西南林業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金立項項目(C14107)。

張麗雅(1992-)，女，碩士生，主要從事叢生竹竹材中硅的生物礦化研究。E-mail:974601930@qq.com

簡介：王曙光(1979-)，男，博士，副教授，主要從事竹類植物研究。E-mail:stevenwang1979@126.com

S 795.9

A

1672-8246(2016)04-0101-06

doi:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.04.017