（山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，山東泰安271018）

硅對水培大蒜生長和生理特性的影響

劉景凱 劉世琦*連海峰 成 波 于新會

（山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，山東泰安271018）

以金鄉(xiāng)白皮蒜為試材，設置5個硅水平（0、0.75、1.50、2.25、3.00 mmol·L-1），探討了硅對水培大蒜根系生長、光合特性及產(chǎn)量的影響。結果表明:在0～3.00 mmol·L-1硅濃度范圍內(nèi)，大蒜的根系生長量、植株鮮質量、蒜薹鮮質量、鱗莖鮮質量及根系活力均隨硅濃度增加呈先升高后降低的趨勢，當硅濃度1.50 mmol·L-1時最高；同時葉片中色素含量、凈光合速率和氣孔導度也隨著硅濃度增加呈先升高后降低的趨勢，當硅濃度1.50 mmol·L-1時最大；蒸騰速率變化趨勢則恰好相反，硅濃度1.50 mmol·L-1時最低，比不施硅處理降低了17.78%。

硅；大蒜；生長；光合特性；產(chǎn)量

硅是地殼中最豐富的元素之一，其含量僅次于氧；雖然硅在土壤中所占的比例較高，但可供植物直接吸收利用的含量卻很低（Mengel & Kirkby，1987）。作為細胞壁的組成成分之一，硅能與硅藻酸和果膠酸共價結合在一起，從而穩(wěn)定其機械結構或其他多糖基結構（何念祖和孟賜福，1985）；施硅能促進作物種子萌發(fā)和植株生長（馬成倉 等，2002），提高作物產(chǎn)量和品質（Miyake & Takahashi，1986；Liang et al.，1996；鄒蘭香 等，2010）；還能保持植物葉片呈直立狀態(tài)，減少互相遮陰，增加色素含量，提高光合作用（曾憲錄 等，2007），降低蒸騰作用（鄒春琴 等，2005）；同時對干旱（Gong et al.，2005）、病蟲害（扈曉杰和朱祝軍，2008）、重金屬（蘇秀偉，2011）、鹽害（Zhu et al.，2004）等脅迫造成的傷害也有不同程度的緩解效果。當硅缺乏時，作物的生長就會受到不同程度的影響，硅作為禾本科植物、木賊屬植物、甜菜等的必需營養(yǎng)元素，如果將其在營養(yǎng)液中去除會導致一種非典型脅迫（Epstein，1994）；水稻葉片會出現(xiàn)褐斑并且下垂呈“垂柳狀”，生長受阻（何念祖和孟賜福，1985；鄒邦基和何雪暉，1985）；此外，缺硅還會導致番茄植株高度、葉面積、地上部與根系鮮質量、干質量及單果質量的降低。

大蒜屬百合科蔥屬一、二年生草本植物，是一種兼具營養(yǎng)價值和藥用價值的大眾蔬菜。我國是大蒜種植、加工、生產(chǎn)、出口的主要國家之一，大蒜出口占經(jīng)濟作物出口的很大一部分。由于國際市場對大蒜的質量要求非常嚴格，如橫徑大、體形完整、皮色潔白、含水量低、營養(yǎng)豐富均衡等（王以元 等，2005），這就給大蒜生產(chǎn)提出了更高的要求。硅作為一種公認的有益元素，在水稻、番茄、黃瓜等作物上的研究已經(jīng)很多，但在大蒜生長發(fā)育及品質的改善方面有什么作用，至今未見相關報道。本試驗通過探索水培條件下硅對大蒜生長和生理特性的影響，從而確定水培大蒜適宜的硅濃度，旨在為大蒜合理施用硅肥，提高肥料利用率，實現(xiàn)優(yōu)質高產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1試驗設計

以大蒜（Allium sativum L. ）品種金鄉(xiāng)白皮蒜作為試材，試驗于2012年10月至2013年6月在山東農(nóng)業(yè)大學科技創(chuàng)新園進行。2012年10月17日挑選無病斑、無傷口、肥大、色澤潔白的蒜瓣在覆蓋聚乙烯無滴膜的拱棚中播種，棚內(nèi)溫度控制在-2～25 ℃之間。采用深液流水培技術（DFT）栽培，以Hoagland營養(yǎng)液為基礎，其他微量元素參照其通用配方。營養(yǎng)液用去離子水配制，每7 d更換1次，每次60 L，pH控制在6.0～6.2，采用微電腦控時器進行時間控制，每天供營養(yǎng)液8次，每3 h 1次，每次6 min，營養(yǎng)液深度為4.0 cm，營養(yǎng)液回流速度約為1.3 L·min-1。試驗所用硅源為九水偏硅酸鈉（，分子量為284.22，分析純），共設置5個硅水平，即0、0.75、1.50、2.25 mmol·L-1和3.00 mmol·L-1，分別用Si0、Si0.75、Si1.50、 Si2.25和 Si3.00表示。各處理使用的大量元素化合物為和MgSO4·7H2O，使N、P、K、Ca、Mg和S濃度分別為15、1、6、4、2、2 mmol·L-1（本試驗中鈉離子含量很低，因此營養(yǎng)液中鈉離子對大蒜生長的影響基本可以忽略不計）。大蒜栽培于65 cm×50 cm×35 cm的硬質塑料大盆，每個處理20盆，每盆12株。

1.2項目測定

于2013年3月1日取樣，測定大蒜根系長度、根系鮮質量、根系數(shù)目、根系活力和色素含量；5月10日和26日分別收獲大蒜蒜薹和鱗莖，并測定其產(chǎn)量及相關指標。每處理每次取樣10株，混合均勻，3次重復。大蒜根系鮮質量以及植株（假莖和葉片）、蒜薹和鱗莖鮮質量用天平測定；根長用卷尺測定；光合參數(shù)采用CIRAS-1光合儀于3月25日9:00～10:30進行測定，自然光強1 000～1 100 μmol·m-2·s-1，氣溫16～18℃，葉溫18～19℃，CO2濃度400 μmol·mol-1，測定部位為從上往下數(shù)第4片葉中間部位，每處理測定5株；根系活力、色素含量的測定分別采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法（王學奎，2006）、丙酮比色法（趙世杰 等，2002）。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件進行處理，采用DPS 6.55軟件進行統(tǒng)計分析和處理間顯著性檢驗（Duncan 新復極差法）。

2 結果與分析

2.1硅對水培大蒜根系生長和根系活力的影響

根系是植物吸收水分和礦物營養(yǎng)的主要部位，根系生長的強弱對植物的生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質的形成具有非常重要的影響。如表1所示:在0～3.0 mmol·L-1硅濃度范圍內(nèi)，隨著硅濃度的增加，大蒜根系鮮質量、根系長度、根系數(shù)目和根系活力均呈先升高后降低的趨勢，Si1.50處理的各項指標最高，與對照相比分別增加了74.35%、18.56%、17.85%和32.90%。說明適宜的硅濃度（1.50 mmol·L-1）有利于大蒜根系生長和根系活力的提高。

表1硅對水培大蒜根系生長和根系活力的影響

2.2硅對水培大蒜葉片色素含量的影響

由表2可以看出:在低濃度硅范圍內(nèi)（0～1.50 mmol·L-1），葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a+b）以及類胡蘿卜素含量均隨著硅濃度的升高而增加，在高濃度硅范圍內(nèi)（1.50～3.00 mmol·L-1）各色素含量則隨著硅濃度的升高而降低，Si1.50處理的各色素含量最高，與不施硅處理（Si0）差異顯著，分別比Si0增加了45.45%、35.29%、43.90%和31.25%。說明適宜水平的硅（1.50 mmol·L-1）有利于水培大蒜葉片內(nèi)色素的合成，為提高光合效率奠定基礎。

表2硅對水培大蒜葉片色素含量的影響mg·g-1（FW）

2.3硅對水培大蒜光合特性的影響

由表3可知:在0～3.00 mmol·L-1硅濃度范圍內(nèi)，凈光合速率和氣孔導度均隨著硅濃度的增加先升高后降低，硅濃度1.50 mmol·L-1時最大，分別比對照（Si0）增加了39.13%和8.75%；蒸騰速率則恰好相反，隨硅濃度的增加先降低后升高，硅濃度1.50 mmol·L-1時最低，與對照相比降低了17.78%，并且各施硅處理蒸騰速率均顯著低于對照；胞間CO2濃度也是隨硅濃度的增加呈先升高后降低的單峰曲線變化，在Si2.25處理時最大，但與Si0.75、 Si1.50、 Si3.00處理相比差異不顯著。綜上可見硅濃度1.50 mmol·L-1時，大蒜葉片光合性狀最佳，有利于光合產(chǎn)物的合成、轉運與積累，同時蒸騰速率最低，水分利用效率較高。

表3硅對水培大蒜葉片光合參數(shù)的影響

2.4硅對水培大蒜植株、蒜薹和鱗莖鮮質量的影響

由表4可知，硅對水培大蒜生物量有顯著的影響。低濃度硅（0～1.50 mmol·L-1）范圍內(nèi)大蒜生物量隨營養(yǎng)液中硅濃度的升高而增加，高濃度硅（1.50～3.00 mmol·L-1）范圍內(nèi)則隨硅濃度的增加而降低。硅濃度1.50 mmol·L-1時大蒜單株鮮質量、單薹鮮質量、單頭鱗莖鮮質量最大，與不施硅處理（Si0）相比分別增加了51.74%、53.62%和44.85%，并且各施硅處理的單株鮮質量、單薹鮮質量、單頭鱗莖鮮質量均顯著高于不施硅處理。可見營養(yǎng)液中添加硅有利于水培大蒜植株、蒜薹和鱗莖的生長，并且1.50 mmol·L-1效果較好。

表4硅對水培大蒜植株、蒜薹和鱗莖鮮質量的影響

3 結論與討論

根系不僅是植物吸收水分和營養(yǎng)物質的主要器官，而且一些復雜生物化學過程，如合成某些植物激素和生物堿，還原大量和等也在根細胞內(nèi)進行（劉春生，2006）。瞿廷廣等（2003）在水稻，邵長泉（2007）在糯玉米上的研究均表明:施硅能顯著地增加根系數(shù)目、根系體積和根系質量，促進根系呼吸，提高根系活力，增加總根系吸收面積和活躍吸收面積，從而有利于植物吸收更多的水分和礦物營養(yǎng)，提高植物的生產(chǎn)能力。本試驗中，大蒜根系鮮質量、根系長度、根系數(shù)目以及根系活力都隨硅濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，在硅濃度1.50 mmol·L-1時最高，說明適宜水平的硅能夠促進大蒜根系生長和根系活力的提高。這與劉慧霞等（2009）在紫花苜蓿，馬雪瀧和房江育（2004）在馬鈴薯試管苗上的研究結果相似。

葉綠素是植物進行光合作用的基礎物質，光合作用是植物生長發(fā)育物質和能量的來源。硅能改善作物個體和群體條件，增大受光面積；使作物細胞表面形成角質雙硅層，避免葉片在強光下過度失水萎蔫，提高光合效率（鄒邦基和何雪暉，1985）。供硅能使作物葉片增厚，維管束增粗，葉綠體較大，基粒片層及葉綠素含量增多（饒麗華 等，1986；曹逼力 等，2012），還能增強葉綠體的偶聯(lián)因子Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase活性，促進光合磷酸化，提高凈光合速率（張國芹 等，2008）。周秀杰等（2009）認為硅能增加黃瓜葉片表皮層、柵欄組織的厚度及葉片組織疏松度，降低葉片比表面積，從而減少水分蒸騰，提高葉片含水量。與前人的研究結果相似，本試驗中，葉綠素、類胡蘿卜素含量、凈光合速率以及氣孔導度均隨硅濃度增加先升高后降低，1.50 mmol·L-1時最高；蒸騰速率則隨硅濃度增加先降低后升高，硅濃度1.50 mmol·L-1時最低。但也有學者認為隨土壤有效硅含量的增加，棉花（李清芳和馬成倉，2003）幼苗葉片以及姜（張國芹 等，2008）葉片中葉綠素含量沒有顯著變化。由此可見硅對作物葉片內(nèi)葉綠素含量的影響因植物種類不同而存在差異。同時本試驗中，胞間CO2濃度雖然也隨硅濃度增加呈先升后降的單峰曲線變化，硅濃度2.25 mmol·L-1時最高 ，但與其他施硅處理相比差異并不顯著，因此認為改善胞間CO2濃度并不是硅增強大蒜光合作用，提高凈光合速率的主要途徑，具體原因及機制還有待進一步試驗。

大蒜葉片光合速率的高低直接影響著產(chǎn)品器官（青蒜、蒜薹和鱗莖）的產(chǎn)量和品質，光合速率高，有機物合成與累積量多，則有利于產(chǎn)品器官的形成。研究表明:供硅能使花生植株生長健壯，果仁充實飽滿，百果重和百仁重提高，增產(chǎn)幅度達20%（李尚霞 等，2012）；水稻基施硅肥225 kg·hm-2時，穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重的增加效應最明顯，產(chǎn)量最高（張國良 等，2007）。本試驗中，施硅也顯著增加了大蒜植株、蒜薹和鱗莖的鮮質量，并且營養(yǎng)液中硅濃度為1.50 mmol·L-1時最大，分別比不施硅處理增加了51.74%、53.62%和44.85%。

水培條件下，適宜水平的硅能提高大蒜葉片內(nèi)色素含量，改善其光合狀況，從而為大蒜生長、生物量的增加和產(chǎn)量提高奠定了基礎，并且營養(yǎng)液中硅濃度1.50 mmol·L-1時效果最好。

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Abstract:‘Jinxiangbaipisuan’ was taken as experiment material investigate the effects of silicon on root growth，photosynthetic characteristics and yield of hydroponics cultured garlic（Allium sativum L.）. Five different silicon levels （0，0.75，1.50，2.25，3.00 mmol·L-1） were designed. The results showed that the root system growth，fresh weights of garlic plant，bolt and bulb，and root system activity all rose with the increase of silicon concentration from 0 to 1.50 mmol·L-1，but fell while the silicon content reached 1.50 mmol·L-1. At the same time，the pigment content，net photosynthetic rate and stomatal conductance of leaves also increased first and then decreased with the increase of silicon content from 0 to 3.00 mmol·L-1．They reached the highest when silicon concentration was 1.50 mmol·L-1. While the change trend of transpiration was just the opposite. It reached the minimum value at Si 1.50 mmol·L-1and was reduced by 17.78% compared with the treatment without silicon.

Effects of Silicon in Nutrient Solution on Garlic Growth and Its Physiological Characteristics

LIU Jing-kai，LIU Shi-qi*，LIAN Hai-feng，CHENG Bo，YU Xin-hui

（College of Horticulture Science and Engineering，Shandong Agricultural University，State Key Laboratory of Crop Biology，Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops （Huang-huai Region），Ministry of Agriculture，Tai’an 271018，Shandong，China）

Silicon； Garlic； Growth； Photosynthetic； Yield

劉景凱，男，碩士研究生，專業(yè)方向:蔬菜栽培生理，E-mail: liujksdau@126.com

*通訊作者（Corresponding author）:劉世琦，教授，博士生導師，專業(yè)方向:蔬菜栽培生理，E-mail:liusq99@sdau.edu.cn

2013-11-27； 接受日期:2014-01-03

國家公益性行業(yè)科研專項（200903018），山東省農(nóng)業(yè)重大創(chuàng)新項目