黨芳芳，馮文新，尹美強，蘆文杰，曹夢琳，溫銀元，孫敏，郝興宇，高志強

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗形態(tài)及生理的影響

黨芳芳，馮文新，尹美強*，蘆文杰，曹夢琳，溫銀元，孫敏，郝興宇，高志強

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]研究硅鈣肥和納米碳處理對小麥幼苗生長及生理特性的影響，為提高作物的抗旱能力提供新的依據(jù)。[方法]用硅鈣肥和納米碳對干旱脅迫下的小麥幼苗進行處理，研究對干旱敏感的小麥品種幼苗株高、根長、根數(shù)、鮮重、干重、根冠比的影響，分析小麥葉片光合色素、超氧陰離子自由基、丙二醛、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性的變化。[結(jié)果]結(jié)果表明，在干旱脅迫下，硅鈣肥、硅鈣肥與納米碳混施處理比對照(CK)的小麥葉片的株高、根長、鮮重、干重均明顯升高，超氧陰離子自由基、MDA均明顯降低，葉綠素總量，SOD、POD活性明顯升高。[結(jié)論]硅鈣肥與3‰納米碳混施對冬小麥幼苗期的干旱脅迫緩解最顯著。

小麥； 硅鈣肥； 納米碳； 抗旱性

Wheat， Silicon Calcium Fertilizer， nanocarbon， drought resistance

小麥是我國最主要的糧食作物之一，占糧食種植面積的1/4 左右，其種植產(chǎn)量僅次于玉米、水稻，居全國第3位[1，2]。但是干旱嚴重影響小麥的生長發(fā)育，造成作物減產(chǎn)并使生態(tài)環(huán)境日益惡化。干旱對陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響主要表現(xiàn)在降低光合作用效率[3，4]。因此，提高小麥抗旱的能力、發(fā)展旱地小麥已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需解決的關(guān)鍵問題。

近幾十年來，硅鈣肥對水稻、玉米、小麥施用試驗的結(jié)果表明，硅鈣肥對改善小麥生長發(fā)育以及作物增產(chǎn)顯著。硅鈣肥是一種硅鈣復(fù)合型肥料，可為農(nóng)作物補充硅元素和鈣元素，促進光合作用，并且在植物體內(nèi)形成硅化細胞，促進莖葉的表層細胞壁加厚，從而提高小麥的抗倒伏能力，鈣能有效促進青蒜苗生長，增加葉片色素含量，改善光合特性[5]。

納米碳是具有宏觀量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和表面與界面效應(yīng)的小尺度的納米材料。其被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，納米材料可以促進作物的生長發(fā)育，提高作物對肥料的利用率等方面的作用受到人們極大的關(guān)注[6]，此外，由納米材料研制的納米增效肥料可以減少肥料營養(yǎng)元素的流失，在提高肥料利用率以及土壤養(yǎng)分吸收等方面展現(xiàn)出顯著效果[7]。

山西省旱地小麥面積占較大比重，因此研究硅鈣肥與納米碳結(jié)合對冬小麥的抗旱性研究很有必要。本文通過研究硅鈣肥、硅鈣肥與納米結(jié)合，探究硅鈣肥以及納米碳混施對干旱脅迫下小麥的生理及形態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

晉太102品種，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年10月24日進行。選籽粒飽滿且大小一致的小麥種子，用0.1%HgCl2消毒后，蒸餾水反復(fù)清洗多次，取干凈濾紙吸干種子上的水分，陰干，播種于13×19×7 cm的發(fā)芽盒中，每盒200粒小麥種子，沙培法，每盒裝沙1 300 g(小麥種子上部沙300 g，下部沙1 000 g)，在光照培養(yǎng)架下用Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)至小麥第二葉完全展開(11月2日)，對幼苗進行干旱處理至萎蔫狀態(tài)。3個處理分別為：CK、硅鈣肥為1.74 g·盒-1、硅鈣肥1.74 g·盒-1+納米碳3‰(表1)，各處理均重復(fù)三次。(硅鈣肥1.74 g·盒-1相當于施用的硅鈣肥量為1 500 kg·hm-2，納米碳的具體用量由硅鈣肥用量乘以納米碳的添加比例)

表1 硅鈣肥和納米碳用量表

Table 1 Table of silicon calcium fertilizer and nanocarbon Dosage

處理Treatments硅鈣肥用量/g·盒-1Dosageofsiliconcalciumfertilizer納米碳的量/g·盒-1Dosageofnanocarbon納米碳添加比例AddproportionofnanocarbonCK000G1.7400G+N1.740.00523‰

1.3 指標測定

在自然干旱處理后第16天，選取生長均勻的10株小麥幼苗，用精確至0.1 mm的刻度尺測量其小麥株高，根長。再用電子天平稱其小麥地上部，地下部的鮮重，然后105 ℃殺青15 min，80 ℃烘24 h，用電子天平稱其干重。

葉綠素含量的測定用Arnon[8]提供的方法；過氧化物酶(POD)活性測定用愈創(chuàng)木酚法[9]測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍四唑(NBT)光化還原抑制法進行測定；丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸分光光度法進行測定；超氧陰離子自由基含量采用高俊鳳[10]提供的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)使用Microsoft excel軟件進行繪圖，用Microsoft word軟件進行制表，方差分析用SPSS 17.0進行分析，顯著性檢驗用Duncan新復(fù)極差法進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗株高、根長、根數(shù)的影響

由表2可以看出，小麥幼苗進行干旱脅迫后，硅鈣肥(G)、硅鈣肥與納米碳混施(G+N)比CK的株高、根數(shù)、根長均有提高，株高分別增加了35.11%和43.72%，差異極顯著(P<0.01)，根長分別增加了3.60%和16.90%，差異極顯著(P<0.01)。但是干旱脅迫下，根數(shù)相對變化不大且處理間差異不顯著，硅鈣肥，硅鈣肥與納米碳混施，比CK分別增加了1.31%和6.38%。

表2 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗株高、根長、根數(shù)的影響

Table 2 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon on the plant height, root length and root number of wheat seedlings under drought stress

處理Treatments株高/cmPlantheight根長/cmRootlength根數(shù)/條RootnumbersCK11.62±0.02a10.83±0.02a5.33±0.58aG15.70±0.01b11.22±0.01b5.40±0.1aG+N16.70±0.02c12.66±0.02c5.67±0.12b

注: 數(shù)值為平均數(shù)±標準差(SD)，同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)；表3同。

Note: The values mean average standard deviation(SD);The different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05);The same as in table 3.

因此，硅鈣肥和納米碳混施，硅鈣肥均可以提高小麥的株高、根長，其中以納米碳與硅鈣肥混施為極顯著，緩解了干旱對冬小麥幼苗期的株高，根長脅迫。

2.2 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗鮮重、干重、根冠比的影響

由表3可以看出，小麥幼苗進行干旱脅迫后，硅鈣肥(G)比對照(CK)的鮮重增加了20.95%，差異為顯著(P<0.05)，硅鈣肥與納米碳混施(G+N)比對照(CK)的鮮重增加了51.53%，差異為極顯著(P<0.01)。而硅鈣肥(G)、硅鈣肥與納米碳混施(G+N)比對照(CK)的干重分別增加8.83%、17.65%，差異均達到顯著(P<0.05)。

表3 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗鮮重、干重、根冠比的影響

Table 3 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon on the fresh weight、dry weight and root/shoot ratio of wheat seedlings under drought stress

處理Treatments鮮重/gFreshweight干重/gDryweight根冠比Root/shootratioCK1.48±0.08a0.34±0.01a0.52±0.03aG1.79±0.06b0.37±0.01b0.54±0.03aG+N2.24±0.06c0.40±0.02c0.72±0.01b

就根冠比而言，硅鈣肥(G)比對照(CK)增加了3.85%，差異不顯著，而硅鈣肥與納米碳混施(G+N)比對照(CK)、硅鈣肥(G)分別增加了38.46%，33.33%，差異均達到顯著(P<0.05)。

因此，硅鈣肥和納米碳，硅鈣肥均可以提高小麥的干重、鮮重與根冠比，其中以硅鈣肥和納米碳混施最為顯著，緩解了干旱對冬小麥幼苗期的脅迫。

2.3 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗葉綠素總量的影響

圖1 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗葉綠素總量(Ct)的影響Fig.1 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon treatments on the total chlorophyll content of wheat seedlings under drought stress

如圖1所示，隨著干旱處理天數(shù)的增加，各個處理與對照(CK)的葉綠素總量均呈“先升后降”的趨勢，在第7天各個處理的葉綠素含量達到最大值。在干旱處理第16天，硅鈣肥和納米碳混施(G+N)比對照(CK)、硅鈣肥(G)的葉綠素總量分別增加了 33.33%，27.12%，差異均達到了極顯著(P<0.01)。因此，硅鈣肥和納米碳混施，硅鈣肥均可以提高冬小麥幼苗期的葉綠素總量。其中以硅鈣肥與納米碳混施處理最顯著。

如圖2所示，隨著干旱脅迫下處理的天數(shù)增加，各個處理的MDA含量均呈“升-降-升”的趨勢，并在第3天達到最高值，而對照(CK)在第16天達到最高值。硅鈣肥、硅鈣肥與納米碳混施比對照(CK)的MDA含量變化較為明顯，在干旱第16天，硅鈣肥(G)、硅鈣肥與納米碳混施(G+N)比CK分別下降了28%，36.84%，均達到了極顯著(P<0.01)，而且硅鈣肥和納米碳混施(G+N)比硅鈣(G)下降了12.73%，差異顯著(P<0.05)，所以硅鈣肥和納米碳混施處理(G+N)下降最為顯著。

圖2 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗丙二醛含量(MDA)的影響Fig.2 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon treatments on MDA content of wheat seedlings under drought stress

如圖3所示，隨著干旱處理天數(shù)的增加，各個處理與對照(CK)的超氧陰離子含量均呈“升-降-升”的趨勢。硅鈣肥、硅鈣肥與納米碳混施比對照(CK)的超氧陰離子含量變化較為明顯，在干旱第7天，硅鈣肥(G)、硅鈣肥和納米碳混種(G+N)比CK分別下降了15.6%，18.17%，均達到了極顯著(P<0.01)，而且硅鈣肥和納米碳(G+N)比硅鈣肥(G)下降了3.04%。因此，硅鈣肥和納米碳，硅鈣肥均可以降低小麥幼苗期的MDA含量和超氧陰離子含量，緩解了干旱對冬小麥幼苗期脅迫，其中以硅鈣肥與納米碳混施處理最為顯著。

圖3 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗超氧陰離子含量)的影響Fig.3 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon treatments on content of wheat seedlings under drought stress

2.5 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗SOD和POD活性的影響

如圖4所示，隨著干旱處理天數(shù)的增加，各個處理的SOD活性均呈“先升后降”的趨勢，并在第3天達到最高值，對照(CK)隨著天數(shù)的增加較處理變化幅度不大。硅鈣(G)、硅鈣肥與納米碳混施比對照(CK)的SOD活性變化較明顯，在干旱第三天，硅鈣肥(G)、硅鈣肥和納米碳混施(G+N)比CK分別增加了8.34%，10.91%，但均達到了極顯著(P<0.01)，而且硅鈣肥和納米碳(G+N)比硅鈣肥(G)增加了3.53%，差異顯著(P<0.05)，所以硅鈣肥和納米碳混施(G+N)的SOD活性升高最為顯著，緩解了干旱對冬小麥幼苗期脅迫。

圖4 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗SOD活性的影響Fig.4 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon treatments on SOD activity of wheat seedlings under drought stress

圖5 硅鈣肥與納米碳對干旱脅迫下小麥幼苗POD活性的影響Fig.5 Effects of silicon calcium fertilizer and nanocarbon treatments on POD activity of wheat seedlings under drought stress

如圖5所示，隨著干旱處理天數(shù)的增加，各個處理的POD活性均呈“升-降-升”波動型的趨勢，并在第16天達到最高值，而對照(CK)隨著干旱天數(shù)的增加，POD活性也持續(xù)增加，但上升的趨勢較為緩慢。硅鈣(G)、硅鈣肥與納米碳混施POD活性變化明顯，在干旱第16天，硅鈣肥(G)、硅鈣肥和納米碳混施(G+N)比CK分別增加了21.05%，31.38%，均達到了極顯著(P<0.01)，而且硅鈣肥和納米碳(G+N)比硅鈣肥(G)增加了8.54%，差異顯著(P<0.05)，所以以硅鈣肥與納米碳混施處理最顯著，緩解了干旱對冬小麥幼苗期脅迫。

3 討論與結(jié)論

本研究通過設(shè)置施1 500 kg·hm-2硅鈣肥(G)以及3‰的納米混施(G+N)2個處理，研究納米碳與硅鈣肥混施以及硅鈣肥對干旱脅迫下冬小麥的形態(tài)及生理方面的影響研究，結(jié)果表明，施硅鈣肥(G)與對照(CK)相比，小麥葉片的株高、根長、鮮重、干重均不同程度的增加，與張麗萍、梁太波研究一致。張麗萍[11]等利用硫酸鉀型蔬菜專用肥和硅鈣肥配施的研究結(jié)果表明，番茄施用硅鈣肥對其番茄的生育有促進作用，能夠使番茄株高、干重增加，其促進干物質(zhì)積累，并且對番茄的增產(chǎn)效果較為明顯。梁太波[12]試驗結(jié)果表明在普通肥料中施用不同量的納米碳能促進烤煙植株的生長發(fā)育，增加其干物質(zhì)的積累量。說明可能硅鈣肥和納米碳促進干旱脅迫下小麥根系的生長，促進小麥對水分以及養(yǎng)分的吸收，并且促進小麥干物質(zhì)的積累，增加小麥的抗旱性。

試驗結(jié)果超氧陰離子、MDA均明顯降低，葉綠素總量，SOD、POD活性明顯升高，與張麗陽[11]、Hong F S[13]等的結(jié)論一致。張麗陽等試驗得出：施用一定量的硅鈣肥增加爆裂籽粒的硅和鈣含量，并且可使POD活性增加、丙二醛含量減少，提高其光合速率以及葉綠素的含量。說明可能硅鈣肥抑制了干旱脅迫下小麥超氧自由基的產(chǎn)生，具有降低膜質(zhì)過氧化、保護細胞膜的作用，并且硅鈣肥增加葉綠素總量，說明可能其具有提高光合速率的作用，增加干旱脅迫下小麥葉綠素含量或減少葉綠素的降解，從而提高干旱脅迫下小麥的抗旱性。

Hong F S等試驗結(jié)果表明納米碳使植物體內(nèi)多種酶的活性增加，能夠提高植物的光合速率[13，14]，所以可能由于納米碳是具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性的納米顆粒，納米碳顆粒與土壤中的養(yǎng)分離子形成聚合物，促進小麥對土壤中養(yǎng)分的吸收，提高肥料的利用率，從而達到了節(jié)肥增效的結(jié)果。

綜上所述，硅鈣肥以及硅鈣肥和納米碳混施均可以提高小麥抗氧化代謝水平，提高植物株高和根長，提高根系活力，有利于干物質(zhì)積累以及植株對水分和養(yǎng)分的吸收，增加干旱脅迫下小麥的抗旱性。其中以硅鈣肥1 500 kg·hm-2與3‰納米碳混施處理最顯著。但是由于本文研究了一個濃度的硅鈣肥和納米碳，所以關(guān)于硅鈣肥與納米碳對小麥促進的最適的配比濃度，以及納米碳的作用機理還有待進一步研究。

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(編輯：邢國芳)

2016-06-21

2016-11-27

黨芳芳(1990-)，女(漢)，山西嵐縣人，碩士研究生，研究方向：植物生理與分子生物學(xué)

*通信作者：尹美強，副教授，碩士生導(dǎo)師，Tel:0354-6288344；E-mail:yinmq999@163.com

公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(201303104)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項經(jīng)費(CARS-03-01-24)

S512.1+1

A

1671-8151(2017)03-0164-05

Effects of silicon calcium Fertilizer and nanocarbon on growth of wheat seedlings under drought stress

Dang Fangfang, Feng Wenxin, Yin Meiqiang*, Lu Wenjie, Cao Menglin, Wen Yinyuan, Sun Min, Hao Xingyu, Gao Zhiqiang

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)