低温下硅对春小麦幼苗生长及离子含量的影响

张婷婷，赵培培，于崧，于立河

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

低温下硅对春小麦幼苗生长及离子含量的影响

张婷婷，赵培培，于崧，于立河

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

为了解低温胁迫下硅缓解对春小麦幼苗的生长以及对氮、磷、钾、硅的吸收的影响，研究以春小麦品种龙麦26和克旱16为试验材料，分别进行0℃和4℃短期低温胁迫，测定其幼苗生长及离子含量，探讨低温胁迫下硅对小麦养分的吸收机制，结果表明：适当浓度的硅处理显著促进小麦幼苗的生长，以1.0 mmol·L-1Si浓度处理对低温缓解效果最佳，小麦各器官氮、磷、钾和硅的含量增加，小麦植株在硅浓度为0.5 mmol·L-1和1.0 mmol·L-1水平上对硅和氮的吸收、在0.5 mmol·L-1水平上对磷和钾的吸收具有明显的促进作用。

硅；小麦；低温胁迫；幼苗生长；离子含量

黑龙江省属高寒地区，气温不高、热量不足，5～6月常出现低温天气，因而易发生小麦低温冷害，小麦是中国的主要细粮作物，其播种面积大，总产量高。随着温室效应的加剧，全球气候变暖、冬季气温上升、暖冬现象越来越明显[1]，由此而引发小麦生育进程提前而产生的春季冻害频率和冻害程度日益增加。小麦春季冻害是我国重要的气象灾害之一，直接造成小麦生产上的严重减产，减产幅度达30%～50%。因此，对小麦春季低温的研究是确保小麦高产、稳产的一项基础性研究[2]。低温胁迫条件下，小麦对养分的吸收、转化和利用都受到严重的影响。且养分含量的变化直接或间接影响植物体内其他生理变化。潘圣刚[3]等通过对低温胁迫下水稻幼苗的影响研究发现，低温处理显著降低秧苗的株高、叶面积、叶片干质量、茎鞘干质量和总干质量。高福钊等[4]报道，低温胁迫抑制黄瓜生长发育，16℃低温条件下，黄瓜幼苗的株高，地上部干物质积累量，叶面积，茎杆和全株干重都降低，黄瓜的产量和质量受到严重影响。左方、范宝莉[5]通过研究4℃低温胁迫对小麦幼苗的生长形态的影响，发现低温胁迫下小麦叶片出现明显的卷曲和萎蔫现象。初敏等[6]通过对萝卜萌动种子进行低温处理发现，5～10℃的低温明显抑制了萝卜的生长，且萝卜幼苗株高、叶片数和叶片大小随低温处理时间的增加受抑制作用越明显。硅是地壳和土壤中第二个最丰富的元素。在土壤溶液中，硅主要以单硅酸的形态存在，其浓度平均为14～20 mg·L-1土壤中SiO2含量很高，占总量的50%～70%，是土壤的主要成分之一，但能被植物利用的有效硅（指土壤中的单硅酸及易转化为单硅酸的盐类，是当季作物可利用的硅素）只有50～250 mg·kg-1。土壤有效硅含量通常被作为衡量土壤供硅能力的指标[7]。虽然目前尚无足够的证据证明硅是植物生长的必需元素，但是越来越多的研究表明，硅对植物的健康生长尤其是禾本科作物至少是有益的，硅能显著提高植物的抗逆性[8-9]。研究低温胁迫下硅对小麦养分的吸收、转换、利用机制，以其为基础研究其他生理生化变化，对于提高小麦的耐寒性和生产上合理使用硅肥提高产量具有重要理论和实际意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在黑龙江八一农垦大学寒地作物种质改良与栽培重点实验室完成。试验品种为龙麦26和克旱16。龙麦26是由黑龙江省农业科学院作物育种所育成的优质强筋春小麦。克旱16是由黑龙江省农科院小麦研究所育成中筋春小麦。

1.2 试验设计

将达到三叶一心期的小麦幼苗分别置于0℃和4℃的培养箱进行低温处理（光强400 umol·m-2·s-1，光照12 h·d-1条件下低温处理，培养箱内的CO2浓度与生长室内浓度一致）。然后分别进行加硅处理（Na2SiO3），设置8个处理（如表1所示），每个处理设定3次重复。于短期低温处理的72 h取样测定小麦株高、根长、地上部干鲜重、根系干鲜重以及小麦幼苗根、茎、叶片中氮、磷、钾和硅含量。

表1 0℃和4℃低温与Na2SiO3处理组合Table 1 Combination of 0℃and 4℃low temperature with Na2SiO3treatment

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生物量测定

从每个处理中随机取10株幼苗，用蒸馏水冲洗干净，滤纸吸干表面水分，测定麦苗株高、根长，分别称取地上部分和根系鲜重，将其放在105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重，称取各部分干重。

1.3.2 氮、磷、钾和硅含量测定

氮磷钾含量测定参照鲍士旦《土壤农化分析》测定[10]，氮含量用钒钼黄比色法测定，钾含量用火焰光度法测定。硅含量测定主要步骤是，取样70℃烘7 d，磨粉，过60目筛，60℃烘2 d，加50%的NaOH溶液后高压灭菌（121℃20 min），然后吸取1 mL样品，分别加入冰醋酸，钼酸铵溶液（54 g·L-1，pH7.0），酒石酸，接着快速加入还原试剂，定容至50 mL。30 min后于650 nm下比色，用二氧化硅做标准曲线[11]。

1.4 数据处理

利用SPSS19.0统计分析软件进行数据的分析和差异显著性分析。

2 结果分析

2.1 低温下硅对小麦幼苗生长的影响

试验结果表明，在低温条件下加一定浓度硅处理后，两小麦品种的株高、根长和地上部鲜、干重都有不同程度的增加（表2）。龙麦26品种的株高在0℃低温处理施加不同浓度Si处理均未与对照达到显著水平，在4℃+2.5Si达到最大值，且显著高于4℃未加硅处理对照21.9%，根长在0℃+0.5Si和4℃+ 1.0Si处理达到最大值，其中0℃+0.5Si处理显著高于未加硅处理对照34.9%，地上部鲜重在0℃+1.0Si和4℃+2.5Si处理达到最大值，均显著高于未加硅处理对照，地上部干重在0℃+2.5Si和4℃+1.0Si处理达到最大值，分别高于未加硅对照的 27.0%和29.7%，根鲜重在0℃+0.5Si和4℃+1.0Si处理达到最大值分别显著高于未加硅处理对照的87.7%和18.1%，根干重在0℃+0.5Si和4℃+0.5Si处理下达到最大值，并与未加硅处理对照达到显著水平（P＜0.05）。克旱16品种，株高和地上部鲜重分别在0℃+2.5Si和4℃+1.0Si处理达到最大值，且显著高于未加硅处理对照（P＜0.05），根长在0℃+1.0Si和4℃+0.5Si处理显著高于未加硅处理对照的25.8%和2.4%，地上部干、鲜重均在0℃+1.0Si和4℃+0.5Si处理下与未加硅处理对照达到显著水平，且分别高于未加硅处理对照的134.9%、28.1%和123.3%和25.7%，根鲜重分别在0℃+1.0Si和4℃+0.5Si处理下与未加硅处理对照达到显著水平（P＜0.05）。由此可知，不同硅浓度对低温条件下小麦的生长有明显的影响。

表2 低温下硅对春小麦幼苗生长的影响Table 2 Effect of silicon on the growth of spring wheat seedling under low temperature

2.2 低温下外源硅对小麦幼苗离子含量的影响

2.2.1 低温下外源硅对小麦幼苗根、茎和叶片中氮含量的影响

由图1可知，龙麦26和克旱16中各器官含氮量变化差异显著，相同施硅水平下，随着生育进程，两小麦体内含氮量变化趋势依次为叶片＞茎＞根。龙麦26品种，叶片和茎中氮含量在0℃+2.5Si处理、根系氮含量在0℃+1.0Si处理下达到最大值，且分别显著高于不加硅处理对照的 13.7%、10.1和 14.7%（P＜0.05），叶片、茎和根系氮含量在4℃+1.0Si处理下为最大值，其中叶片和茎中氮含量分别显著高于对照的16.3%、18.5%，根系中氮含量高于不加硅处理对照12.7%，但未达到显著水平（P＜0.05）。克旱16品种，0℃和4℃低温处理下，小麦根、茎和叶中含氮量变化趋势相同，均随硅浓度增加呈先升后降。其中，在0℃低温处理下叶片和根中含氮量均在0℃+ 1.0Si处理下达到最大值，其中根中氮含量与不加硅处理达到显著水平（P＜0.05）。茎中含氮量在0℃+ 1.0Si处理后略高于对照，但未达到显著水平。在4℃低温处理下，叶片、茎和根系中含氮量均在4℃+ 1.0Si处理下达到最大值，除茎中氮含量未与不加硅处理对照外，其余两个部位的含氮量均与不加硅处理达到显著水平（P＜0.05）。

图1 低温下硅对春小麦根、茎和叶片中氮含量的影响Fig.1 Effect of silicon on N content of spring wheat root stem and leaves under low temperature

2.2.2 低温下外源硅对小麦幼苗根、茎和叶片中磷含量的影响

由图2可以得出，低温条件下，两个小麦品种叶片、茎和根系中磷的含量均随硅浓度的增加呈先升后降趋势。龙麦26品种，在0℃低温条件下，叶片、茎和根系中磷的含量均在0℃+0.5Si处理下为最大值，且显著高于对照，增幅分别为3.5%，155.3%，260.6%（P＜0.05）。在4℃低温条件下，叶片、茎和根系中磷的含量分别在4℃+2.5Si、4℃+1.0Si、4℃+0.5Si处理时为最大值，且显著高于对照的 145.6%、203.6%、203.68%（P＜0.05）。龙麦16在0℃低温条件下茎和根系中磷含量在0℃+1.0Si处理下达到最大值，叶片中磷含量在0℃+0.5Si处理下达到最大值。在4℃低温条件下茎和根系中磷含量在4℃+0.5Si处理下达到最大值，叶片中磷含量在4℃+2.5Si处理下达到最大值，且各处理与对照达到显著水平（P＜0.05）。从图中可得出，硅对小麦根系磷含量的影响最为显著，龙麦26和克旱16各器官中磷含量积累顺序依次为：叶＞茎＞根。与氮含量变化相同，说明植物对氮吸收增多，从而促进植物对磷的吸收。

2.2.3 低温下硅对小麦幼苗根、茎和叶片中钾含量的影响

由图3可以得出，龙麦26品种，在0℃和4℃条件下，施低浓度（0.5 mmol·L-1）硅后，小麦茎和根中钾含量明显增加，分别比不加硅处理对照提高了6.3%～19.1%。而叶片中钾含量均在1.0 mmol·L-1Si处理达到最高值，显著高于不加硅处理对照的7.0%和6.4%，达到显著水平（P＜0.05）。克旱16品种，在0℃和4℃条件下，施硅处理叶片和茎中的钾含量均高于对照处理，且在0℃+2.5Si和4℃+0.5Si处理下达到最大值，且显著高于不加硅处理对照的11.4%～15.2%（P＜0.05）。根系中钾含量分别在0℃+0.5Si和4℃+0.5Si处理下达到最大值，且与不加硅处理对照达到显著水平（P＜0.05）。从表中可见，龙麦26和克旱16小麦各器官中钾含量积累顺序依次为：叶＞茎＞根。

图2 低温下硅对春小麦根、茎和叶片中磷含量的影响Fig.2 Effect of silicon on P content of spring wheat root stem and leaves under low temperature

图3 低温下硅对春小麦根、茎和叶片中钾含量的影响Fig.3 Effect of silicon on K content of spring wheat root stem and leaves under low temperature

2.2.4 低温下外源硅对小麦幼苗根、茎和叶片中硅含量的影响

由图4可以看出，施硅显著影响小麦根、茎和叶片内硅的含量。龙麦26品种，0℃和4℃低温条件下，小麦叶片和茎中，随施硅浓度升高，硅含量迅速升高，在0℃+1.0Si和4℃+0.5Si处理下显著高于不加硅处理对照的117.5%～664.3%（P＜0.05）。根系硅含量在0℃+0.5Si和4℃+0.5Si处理下达到最大值，且与不加硅处理对照达到显著水平（P＜0.05）。克旱16品种，0℃低温条件下，叶片和根系中硅含量在0℃+ 2.5Si处理下达到最大值，而茎中硅含量在0℃+1.0Si处理下达到最大值，且均达到不加硅处理达到显著水平（P＜0.05）。在4℃低温条件下，叶片、茎和根系中硅含量分别在4℃+1.0Si、4℃+2.5Si、4℃+0.5Si处理下显著高于对照，且分别为对照的116.2%，294.2%和75.2%（P＜0.05）。

图4 低温下硅对春小麦根、茎和叶片中硅含量的影响Fig.4 Effect of silicon on Si content of spring wheat root stem and leaves under low temperature

3 讨论

目前，关于硅对植物生长的影响因植物种类和生长环境不同而存在差异。施硅能够显著促进黄瓜、小麦、玉米和大豆等植物的生长发育[12-14]。硅能够促进水稻根系生长，提高根系对养分的吸收和利用率，促进根系干物质积累[15]。马成仓等[16]研究结果表明，硅可以促进玉米单株鲜重。试验结果显示，两品种小麦在低温条件下加不同浓度硅处理，株高、根长以及地上部和根系的鲜干重均有不同程度的增加，说明硅在一定浓度范围内能够缓解小麦低温伤害，促进小麦幼苗生长。

根、茎、叶是植物吸收养分的主要器官，也是养分在植物体内运输的重要通道。低温使植物代谢活性降低，从而减少养分的吸收量[17]。土壤温度过低明显影响养分的吸收和利用，同时也影响养分在植株体内的转化和代谢[18]，N、P、K、Si素相互配合，可以显著的促进植物的生长发育。有研究显示，N、P、K、Si素配合施用对水稻的生长有显著促进作用，通过施用外源硅，可以提高水稻对N、P、K的吸收量，而N、P、K是作物生长发育的主要营养来源，其吸收、同化与转运直接影响作物的生长发育状况，因此，有效改善水稻体内营养状况，有利于水稻进行正常的生理代谢，提高水稻的产量和品质[19]。研究表明K具有明显的增产效应，适量施硅可促进小麦对N、P、K等营养的吸收并改善小麦的生物学性状[20]，试验中，一定浓度的施硅处理促进了小麦各营养器官对氮的吸收，从而促进了小麦的生长，进一步促进了对磷、钾和硅的吸收。这样，小麦的地上部生物量增多，根系活力增强，植株健壮，对低温等逆境抗性增强。

4 结论

在低温条件下，与未加硅处理相比，加不同浓度的硅（0.5、1.0和2.5 mmol·L-1）处理均不同程度提高了小麦幼苗的株高和根长，提高小麦干物质的积累。其中，以1.0 mmol·L-1Si浓度处理对低温胁迫缓解效果最佳。加硅处理小麦各营养器官氮、磷、钾和硅的含量显著增加，明显促进小麦对养分的吸收，改善小麦幼苗体内营养条件，保证小麦体内各项生理活动的正常能量供应。两品种表现大致相同，加不同浓度的硅处理对小麦不同部位离子含量的吸收影响不尽相同，对于氮、磷、钾的吸收各器官表现为叶＞茎＞根，对于硅离子的吸收表现为茎＞叶＞根，硅浓度在0.5 mmol·L-1和1.0 mmol·L-1水平上小麦植株对硅和氮的吸收具有明显的促进作用，在0.5 mmol·L-1水平上小麦植株对磷的吸收具有明显的促进作用，在0.5 mmol·L-1水平上小麦植株对钾的吸收具有明显的促进作用。

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Effect of Different Silicon Concentration Application on Seedling Growth and Absorption of Ion Content

Zhang Tingting，Zhao Peipei，Yu Song，Yu Lihe
（College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

To reveal the effect of different silicon concentration application on seedling growth and absorption of nitrogen，phosphorus，potassium and silicon，two spring wheat cultivars Longmai 26 and Kehan 16 were used as experiment materials under short-term low temperature conditions to determine the seedling growth and the ion content，and to discuss the absorption mechanism of silicon on the wheat nutrition under low temperature.It indicated that appropriate concentration of silicon processing promoted the seedling growth of wheat seedlings significantly and the positive effect of 1.0 mmol·L-1silicon was significant.The content of nitrogen，phosphorus，potassium and silicon increased，the absorption of nitrogen and silicon increased after 0.5 mmol·L-1and 1.0 mmol·L-1silicon treatment，and 0.5 mmol·L-1silicon treatment was significant to the absorption of phosphorus and potassium.

silicon;wheat;low temperature stress;seedling growth;ion content

S512.1；S312

A

1002-2090（2017）02-0001-07

10.3969/j.issn.1002-2090.2017.02.001

2016-03-23

国家公益性行业（科研）专项（本地与引进种质资源高效结合与利用研究：201303007）；黑龙江省农垦总局科技攻关专项（垦区引进小麦种质资源本地化的研究与示范：HNK125A-01-02）；黑龙江省农垦总局（低洼耕地改造与粮食丰产配套技术集成研究与示范：HNK125B-06-01）；研究生创新科研项目（YJSCX2015-Y02）。

张婷婷（1988-），女，黑龙江八一农垦大学农学院2013级硕士研究生。

于立河，男，教授，博士研究生导师，E-mail：yulihe2002@126.com。