葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生長及生理的影響

羅 潔

（長江大學 文理學院，湖北 荊州 434020）

近年來，納米生物技術已成為研究熱點，納米技術與農業生產的結合也越來越緊密，如納米農藥和納米肥料等[1，2]。納米硅作為一種安全的納米材料，不僅具有抗氧化的功能，其含有的硅元素也可以明顯提高作物的抗逆性[3，4]。脅迫是植物在生長過程中容易遭受的主要非生物脅迫之一[5]。雖然干旱脅迫嚴重威脅植株的生長，但植物可以通過促進根系生長和提高抗氧化酶活性等一系列形態和生理適應來抵抗干旱脅迫，只有當脅迫程度較高植物難以通過代謝調節來抵抗時，植物才會死亡[6]。黃瓜是我國重要的瓜類蔬菜之一，黃瓜幼苗生長過程中，降雨不均導致的干旱脅迫經常發生，在黃瓜幼苗生長期適宜地施用納米硅可有效提高黃瓜幼苗的抗逆性。為此，本文研究了納米硅對黃瓜耐旱性的影響，以期為應用納米硅改善黃瓜幼苗耐旱性提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

黃瓜品種為津春4 號，種子購自天津科潤農業科技股份有限公司。

1.2 播種

取黃瓜種子用55℃水消毒15 min，然后用清水浸種6 h。浸種后，將種子取出，放置于鋪有4 層濕潤濾紙的培養皿中，每天及時補水，等種子露白后，播種于裝滿基質的50 孔穴盤中。基質為江蘇培蕾有限公司生產的培蕾基質。

1.3 納米硅處理方法

待幼苗長至2 葉1 心時，進行納米硅（二氧化硅納米顆粒）預處理，每個處理選3 株，重復3 次。二氧化硅納米顆粒購自泰鵬金屬材料有限公司，直徑20 nm。納米硅使用方法為每株葉面噴施ρ（SiO2）為10 g/L 的二氧化硅納米硅10 mL，對照噴施10 mL的清水（H2O），避光3 h，待葉片吸收后進行干旱處理。干旱處理也是每個處理選3 株，重復3 次。處理方法為選擇質量分數為20%PEG6000進行處理，對照正常澆水（H2O）。干旱處理后進行各項表型和生理指標的測定。

1.4 表型指標的測定

在干旱處理0、1 d、3 d、5 d、7 d時分別測定植株的株高和葉片SPAD 值。在干旱處理第7 天時，進行拍照，并取樣進行地上部和根系鮮質量測定。

1.5 生理指標的測定

在干旱處理7 d 時，取葉片和根系分別進行MDA 含量和抗氧化酶活性的測定。丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD)和過氧化氫酶（CAT）活性均采用試劑盒測定（南京建成生物工程研究所生產），測定方法參照說明書進行。

2 結果與分析

2.1 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗形態的影響

干旱處理第7 天時發現，在正常水分條件下，納米硅處理的黃瓜幼苗生長狀態明顯更好，葉片和根系明顯比對照更多。同時，在干旱脅迫下，納米硅處理的黃瓜幼苗的葉片和根系也比對照更多。這說明在正常條件下，納米硅可以促進黃瓜幼苗的生長，而在干旱脅迫下，納米硅可以提高黃瓜的耐旱性。

2.2 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗株高的影響

納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗株高的影響見圖1。

由圖1可知，在試驗進行到第5 天和第7 天時，正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗株高分別增加了21.1%和40.0%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗株高分別增加了8.6%和30.6%。

2.3 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片SPAD 值的影響

納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響見圖2。

圖2 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗葉片葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of nano-silicon on chlorophyll content of cucumber seedling leaves under drought stress

由圖3 可知，在試驗進行到第5 天和第7 天時，正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗SPAD 值分別增加了1.0%和0.7%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗SPAD值分別增加了0.5%和6.5%。

圖3 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響Fig.3 Effects of nano-silicon on biomass of cucumber seedlings under drought stress

2.4 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響

納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗生物量的影響見圖3。在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗地上部和根系鮮質量分別增加了28.6%和81.8%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗地上部和根系鮮質量分別增加了32.9%和59.4%。

2.5 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗MDA 含量的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗MDA 含量的影響見圖4。

圖4 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗MDA含量的影響Fig.4 Effects of nano-silicon on MDA content of cucumber seedlings under drought stress

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系MDA 含量分別降低了20.2%和25.1%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系MDA含量分別降低了34.5%和56.7%。

2.6 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗SOD 活性的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗SOD 活性的影響見圖5。

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系SOD 活性分別增加了9.7%和3.8%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系SOD 活性分別增加了9.4%和8.8%。

2.7 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗POD 活性的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗POD 活性的影響見圖6。

圖6 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗POD活性的影響Fig.6 Effect of nano-silicon on POD activity of cucumber seedlings under drought stress

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系POD 活性分別增加了50.0%和93.6%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系POD活性分別增加了31.0%和132.4%。

2.8 葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗CAT 活性的影響

葉面噴施納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗CAT 活性的影響見圖7。

圖7 納米硅對干旱脅迫下黃瓜幼苗CAT活性的影響Fig.7 Effect of nano-silicon on CAT activity of cucumber seedlings under drought stress

在試驗進行到第7天時，在正常水分條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系CAT 活性分別增加了4.9%和4.0%；在干旱條件下，噴施納米硅使黃瓜幼苗葉片和根系CAT活性分別增加了8.1%和4.4%。

3 討論與總結

干旱脅迫可以抑制植物的生長，但施用納米材料可以明顯改善干旱脅迫對植物的抑制。李瑞滋等人研究發現氮摻雜功能性碳納米點可以明顯改善干旱脅迫下番茄的生長狀況[7]；陳繞生和薛林寶研究發現納米硒和銅可以改善干旱脅迫下番茄的光合能力并提高其耐旱性[8]。在本研究中，葉面噴施納米硅也可以明顯緩解干旱脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制，與其他納米材料的研究結果類似。

干旱脅迫會造成植物體內活性氧的積累，而活性氧過多會造成細胞膜損傷，膜脂MDA 積累。但一些納米材料可以減輕逆境脅迫下植物MDA 的積累，并增加抗氧化酶的活性。如碳納米點可以顯著提高干旱脅迫下番茄的抗氧化酶活性[7]。在本研究中，發現納米硅不僅可以降低干旱脅迫對黃瓜葉片的傷害，提高葉片的抗氧化酶活性，同時也可以降低干旱脅迫對根系的傷害，并提高根系的抗氧化酶活性，說明納米硅對黃瓜幼苗的影響是系統性的，可以同時提高黃瓜地上部和地下部的耐旱性。

綜上所述，葉面噴施納米硅可以明顯提高黃瓜的耐旱性，降低干旱脅迫對其葉片和根系的傷害，并提高其葉片和根系的抗氧化能力。因此，可以將納米硅應用于黃瓜生產，提高黃瓜幼苗抗旱性，促進黃瓜穩定生產。