叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗生长及生理的影响

罗 洁

（长江大学 文理学院，湖北 荆州 434020）

近年来，纳米生物技术已成为研究热点，纳米技术与农业生产的结合也越来越紧密，如纳米农药和纳米肥料等[1，2]。纳米硅作为一种安全的纳米材料，不仅具有抗氧化的功能，其含有的硅元素也可以明显提高作物的抗逆性[3，4]。胁迫是植物在生长过程中容易遭受的主要非生物胁迫之一[5]。虽然干旱胁迫严重威胁植株的生长，但植物可以通过促进根系生长和提高抗氧化酶活性等一系列形态和生理适应来抵抗干旱胁迫，只有当胁迫程度较高植物难以通过代谢调节来抵抗时，植物才会死亡[6]。黄瓜是我国重要的瓜类蔬菜之一，黄瓜幼苗生长过程中，降雨不均导致的干旱胁迫经常发生，在黄瓜幼苗生长期适宜地施用纳米硅可有效提高黄瓜幼苗的抗逆性。为此，本文研究了纳米硅对黄瓜耐旱性的影响，以期为应用纳米硅改善黄瓜幼苗耐旱性提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

黄瓜品种为津春4 号，种子购自天津科润农业科技股份有限公司。

1.2 播种

取黄瓜种子用55℃水消毒15 min，然后用清水浸种6 h。浸种后，将种子取出，放置于铺有4 层湿润滤纸的培养皿中，每天及时补水，等种子露白后，播种于装满基质的50 孔穴盘中。基质为江苏培蕾有限公司生产的培蕾基质。

1.3 纳米硅处理方法

待幼苗长至2 叶1 心时，进行纳米硅（二氧化硅纳米颗粒）预处理，每个处理选3 株，重复3 次。二氧化硅纳米颗粒购自泰鹏金属材料有限公司，直径20 nm。纳米硅使用方法为每株叶面喷施ρ（SiO2）为10 g/L 的二氧化硅纳米硅10 mL，对照喷施10 mL的清水（H2O），避光3 h，待叶片吸收后进行干旱处理。干旱处理也是每个处理选3 株，重复3 次。处理方法为选择质量分数为20%PEG6000进行处理，对照正常浇水（H2O）。干旱处理后进行各项表型和生理指标的测定。

1.4 表型指标的测定

在干旱处理0、1 d、3 d、5 d、7 d时分别测定植株的株高和叶片SPAD 值。在干旱处理第7 天时，进行拍照，并取样进行地上部和根系鲜质量测定。

1.5 生理指标的测定

在干旱处理7 d 时，取叶片和根系分别进行MDA 含量和抗氧化酶活性的测定。丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD)和过氧化氢酶（CAT）活性均采用试剂盒测定（南京建成生物工程研究所生产），测定方法参照说明书进行。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗形态的影响

干旱处理第7 天时发现，在正常水分条件下，纳米硅处理的黄瓜幼苗生长状态明显更好，叶片和根系明显比对照更多。同时，在干旱胁迫下，纳米硅处理的黄瓜幼苗的叶片和根系也比对照更多。这说明在正常条件下，纳米硅可以促进黄瓜幼苗的生长，而在干旱胁迫下，纳米硅可以提高黄瓜的耐旱性。

2.2 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗株高的影响

纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗株高的影响见图1。

由图1可知，在试验进行到第5 天和第7 天时，正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗株高分别增加了21.1%和40.0%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗株高分别增加了8.6%和30.6%。

2.3 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶片SPAD 值的影响

纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响见图2。

图2 纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of nano-silicon on chlorophyll content of cucumber seedling leaves under drought stress

由图3 可知，在试验进行到第5 天和第7 天时，正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗SPAD 值分别增加了1.0%和0.7%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗SPAD值分别增加了0.5%和6.5%。

图3 纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗生物量的影响Fig.3 Effects of nano-silicon on biomass of cucumber seedlings under drought stress

2.4 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗生物量的影响

纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗生物量的影响见图3。在试验进行到第7天时，在正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗地上部和根系鲜质量分别增加了28.6%和81.8%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗地上部和根系鲜质量分别增加了32.9%和59.4%。

2.5 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗MDA 含量的影响

叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗MDA 含量的影响见图4。

图4 纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗MDA含量的影响Fig.4 Effects of nano-silicon on MDA content of cucumber seedlings under drought stress

在试验进行到第7天时，在正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系MDA 含量分别降低了20.2%和25.1%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系MDA含量分别降低了34.5%和56.7%。

2.6 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗SOD 活性的影响

叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗SOD 活性的影响见图5。

在试验进行到第7天时，在正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系SOD 活性分别增加了9.7%和3.8%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系SOD 活性分别增加了9.4%和8.8%。

2.7 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗POD 活性的影响

叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗POD 活性的影响见图6。

图6 纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗POD活性的影响Fig.6 Effect of nano-silicon on POD activity of cucumber seedlings under drought stress

在试验进行到第7天时，在正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系POD 活性分别增加了50.0%和93.6%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系POD活性分别增加了31.0%和132.4%。

2.8 叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗CAT 活性的影响

叶面喷施纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗CAT 活性的影响见图7。

图7 纳米硅对干旱胁迫下黄瓜幼苗CAT活性的影响Fig.7 Effect of nano-silicon on CAT activity of cucumber seedlings under drought stress

在试验进行到第7天时，在正常水分条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系CAT 活性分别增加了4.9%和4.0%；在干旱条件下，喷施纳米硅使黄瓜幼苗叶片和根系CAT活性分别增加了8.1%和4.4%。

3 讨论与总结

干旱胁迫可以抑制植物的生长，但施用纳米材料可以明显改善干旱胁迫对植物的抑制。李瑞滋等人研究发现氮掺杂功能性碳纳米点可以明显改善干旱胁迫下番茄的生长状况[7]；陈绕生和薛林宝研究发现纳米硒和铜可以改善干旱胁迫下番茄的光合能力并提高其耐旱性[8]。在本研究中，叶面喷施纳米硅也可以明显缓解干旱胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制，与其他纳米材料的研究结果类似。

干旱胁迫会造成植物体内活性氧的积累，而活性氧过多会造成细胞膜损伤，膜脂MDA 积累。但一些纳米材料可以减轻逆境胁迫下植物MDA 的积累，并增加抗氧化酶的活性。如碳纳米点可以显著提高干旱胁迫下番茄的抗氧化酶活性[7]。在本研究中，发现纳米硅不仅可以降低干旱胁迫对黄瓜叶片的伤害，提高叶片的抗氧化酶活性，同时也可以降低干旱胁迫对根系的伤害，并提高根系的抗氧化酶活性，说明纳米硅对黄瓜幼苗的影响是系统性的，可以同时提高黄瓜地上部和地下部的耐旱性。

综上所述，叶面喷施纳米硅可以明显提高黄瓜的耐旱性，降低干旱胁迫对其叶片和根系的伤害，并提高其叶片和根系的抗氧化能力。因此，可以将纳米硅应用于黄瓜生产，提高黄瓜幼苗抗旱性，促进黄瓜稳定生产。