納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗生長及抗氧化特性的影響

崔云浩，梁 祎，王軍娥，王艷芳，石 玉

（山西農業大學園藝學院，山西太谷030801）

近年來，我國設施農業發展迅速，設施種植規模連年增長，設施農業已經成為我國現代農業的主要發展方向。在設施栽培過程中，由于不合理的栽培制度與方式導致設施土壤鹽漬化現象日趨嚴重，據統計，我國次生鹽漬化耕地超過600萬hm2[1]。NaCl脅迫導致番茄幼苗的鹽害指數和Na+含量均顯著提高，而生長速率和葉綠素含量會顯著降低；同時，NaCl脅迫造成番茄幼苗的活性氧代謝、幼苗葉片和根系的抗氧化酶活性、超氧陰離子產生速率、丙二醛含量均顯著提高[2]。許多研究表明，低濃度鹽脅迫對植株的生長影響不明顯，而高濃度的鹽脅迫使植株保護酶系統遭到破壞[3-4]。張天翔等[5]研究表明，鹽脅迫會顯著抑制甜椒幼苗生長，具體表現為幼苗株高和根長顯著下降，葉片相對電導率和丙二醛（MDA）含量顯著增大，且隨著鹽分濃度的增大，甜椒生長所受抑制程度越強。因此，鹽度是植物生長主要的限制因素之一，它通過破壞植物的生理機能，從而降低植物的生長[6]。

硅（Si）作為植物生長發育的有益元素，對鹽堿脅迫下植物的生長有重要調節作用[7]。硅可通過調節抗氧化酶活性，降低活性氧的產生和積累，從而保護植物組織免受鹽脅迫下的氧化損傷[8-9]。李換麗[10]研究表明，外源硅可顯著緩解鹽脅迫對番茄幼苗生長的抑制，提高植株抗氧化能力，減少活性氧的積累。緱天韻等[11]研究表明，施硅可以提高黃瓜液泡膜中Na+/H+反向轉運蛋白基因NHX1的表達，使葉綠體中Na+含量降低，從而有效緩解鹽脅迫下黃瓜幼苗的氧化損傷。魏小春等[12]研究表明，硅處理在緩解辣椒在高溫、鹽脅迫等非生物脅迫方面發揮著重要作用。

甜椒（Capsicum frutescensL.）屬茄科辣椒屬一年生草本植物，因其果實口感甜脆，維生素、有機酸等營養物質含量高，深受人們喜愛。目前甜椒已成為設施栽培的主要蔬菜之一，但由于設施內土壤的惡劣環境，嚴重影響了甜椒植株的正常生長發育和果實的品質與產量[13]。關于Si對植物抗鹽機理的研究多集中于番茄，番茄、甜椒雖同屬茄科植物，但其鹽脅迫響應的機理是否相同需要進一步探究。與離子硅相比，納米硅的比表面積大，活性高，在濕潤的環境中更容易被植株吸附，提高植株對硅的吸收利用[14]，特別是納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗生長發育的研究報道較少。

本研究以甜椒幼苗為材料，探究鹽脅迫下外源噴施納米硅對甜椒生長和生理特性的影響，以期探明其減輕鹽脅迫的生理機制，為外源噴施納米硅提高甜椒耐鹽性、促進甜椒增產提供一定的理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用以甜椒品種3964為接穗、碧麗納為砧木的嫁接苗。甜椒幼苗由山東偉麗種苗有限公司提供。納米硅（平均晶粒20 nm，純度99%）購自江蘇先豐納米材料科技有限公司。

1.2 試驗設計

試驗于2020年在山西農業大學園藝站進行。當幼苗長至三葉一心時，選取長勢基本一致的幼苗定植于裝有10 L營養液（1/4日本山崎甜椒配方營養液[15]）的栽培箱中，緩苗7 d后將營養液更換為1/2營養液。試驗共設4個處理，即CK.1/2營養液；Si.1/2營養液＋50 mg/mL納米硅；NaCl.1/2營養液＋150 mmol/L NaCl；NaCl＋Si.1/2營養液＋150 mmol/L NaCl＋50 mg/mL納米硅。每個處理3次重復。每天調節營養液pH值為6.0±0.2，增氧泵間歇通氣，每隔1 h通氣0.5 h，每4 d更換一次營養液。

1.3 測定指標及方法

處理第14天7：00—8：00對各處理甜椒幼苗進行取樣，取6株用于生物量測定，另外6株取第2片完全展開功能葉與根系洗凈擦干后置于-80℃超低溫冷凍箱，用于抗氧化指標測定。

1.3.1 生物量的測定 處理第14天將甜椒幼苗用去離子水快速洗凈擦干，稱質量記錄鮮質量；并于105℃下殺青15 min，75℃烘干稱質量記錄干質量。每個處理6次重復。

1.3.2 活性氧含量的測定MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定[16]，O2·-含量的測定參照王愛國等[17]的方法，略加改動。過氧化氫（H2O2）含量采用碘化鉀法進行測定[17]。每個處理3次重復。

1.3.3 抗氧化酶活性的測定SOD活性用氮藍四唑（NBT）法測定[19]；CAT活性用紫外吸收法測定[19]；POD活性以愈創木酚法測定[19]。每個處理3次重復。

1.4 數據分析

采用MicrosoftExcel2019作圖，SPSS20.0軟件進行方差分析，運用Duncn's法進行方差分析（P≤0.05）。

2 結果與分析

2.1 納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗生物量的影響

由表1可知，與CK相比，加Si處理后甜椒總鮮質量與總干質量均有所增加，但未達到顯著水平；NaCl脅迫處理后甜椒幼苗總鮮質量與總干質量均顯著降低，降幅分別達到84%和80%；與單獨NaCl脅迫處理相比，外源噴施Si處理后，甜椒植株總鮮質量與總干質量分別顯著增加81%、76%（P＜0.05）。

表1 不同處理對甜椒幼苗生物量的影響 g/株

2.2 納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗丙二醛含量的影響

由圖1可知，與CK相比，單獨加Si處理后甜椒葉片中MDA含量顯著降低21.66%，根系中MDA含量無顯著變化；單獨NaCl脅迫處理的甜椒葉片與根系中MDA含量顯著升高，增幅分別達到0.78倍、3.68倍；與單獨NaCl脅迫處理相比，葉面噴施納米硅處理后葉片和根系中MDA含量顯著降低了23.06%、53.65%。

2.3 納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗超氧陰離子（O2·-）含量的影響

由圖2可知，與CK相比，加Si處理后甜椒葉片與根系中O2·-含量均無顯著變化，NaCl脅迫會顯著增加甜椒幼苗葉片和根系中O2·-含量，分別顯著增加了1.12倍和0.99倍；而葉片噴施納米硅會顯著降低鹽脅迫下甜椒幼苗葉片與根系中O2·-含量，較NaCl處理顯著降低了24.52%和28.80%。

2.4 納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗H2O2含量的影響

由圖3可知，與CK相比，加Si處理后甜椒葉片中H2O2含量顯著降低16.10%，根系中H2O2含量無顯著變化，NaCl脅迫處理后甜椒幼苗葉片與根系中H2O2含量均顯著上升，分別顯著增加了1.50倍和0.73倍。NaCl＋Si處理甜椒幼苗葉片與根系中H2O2含量顯著下降，與NaCl處理相比，分別顯著下降了52.88%和17.48%。說明外源噴施Si可促進鹽脅迫下植株細胞中H2O2的清除，保證植株的正常生理代謝。

2.5 納米硅對鹽脅迫下甜椒幼苗抗氧化系統的影響

從表2可以看出，與CK相比，加Si處理后甜椒葉片中POD與CAT活性均顯著提高，增幅分別達到81.72%和11.07%，根系中POD活性顯著提高1.04倍；NaCl脅迫處理后甜椒幼苗葉片與根系中SOD和CAT活性顯著降低，而葉片和根系中POD活性均升高；其中，葉片SOD和CAT活性較CK分別顯著降低了30.32%和22.51%，根系SOD和CAT活性較CK分別顯著降低了40.91%和37.44%，而葉片POD活性較CK顯著升高了85.40%。葉片噴施納米硅會增加NaCl脅迫下葉片SOD和根系SOD、POD、CAT活性，而葉片POD和CAT活性會顯著降低。

表2 不同處理對甜椒幼苗抗氧化系統的影響

3 結論與討論

在植株遭受鹽脅迫時，最普遍、最直觀的現象是植株生長發育受到抑制[20]。生物量的高低直接反映了植株的受脅迫程度[21]。石玉等[22]研究表明，NaCl脅迫會對黃瓜植株造成滲透脅迫與離子毒害，破壞黃瓜細胞膜結構。朱永興[23]研究表明，加硅處理可有效緩解鹽脅迫對黃瓜生長的抑制，通過提高黃瓜凈光合速率，促進光合產物積累，從而提高植株生物量的積累。本試驗表明，NaCl脅迫顯著抑制了甜椒幼苗的正常生長發育，降低了生物量的積累，而葉面噴施納米硅可顯著緩解NaCl脅迫對甜椒幼苗生物量積累的抑制。說明納米硅可附著于植株葉片表皮細胞，形成具有角質雙硅層的細胞壁，同時促進植株細胞分裂、拉長，從而增大生物量的積累[24]。

活性氧（ROS）是植物光合作用、呼吸作用、電子傳遞的代謝產物，在植物體內主要以O2·-、-OH、H2O2的形式存在。ROS會破壞細胞內蛋白、不飽和脂肪酸等功能性大分子結構，導致細胞膜脂過氧化影響植株生長代謝[25]。正常情況下，植物會通過抗氧化酶系統分解并清除代謝產生的ROS，超氧化物歧化酶（SOD）將代謝產生的O2·-轉化為H2O2，再由過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）將H2O2還原為H2O和O2，從而清除活性氧、減少氧化損傷[26]。鹽脅迫環境會導致植株體內積累大量ROS，大量的H2O2積累會導致SOD活性降低，進一步加劇細胞膜脂過氧化，MDA含量增加，對細胞造成不可逆損傷，最終影響植物生長發育[27-28]。本試驗結果表明，植株遭受鹽脅迫后，體內O2·-、H2O2大量積累，導致細胞膜質過氧化損傷加重，MDA含量增加，而外源噴施納米硅通過調控甜椒植株體內SOD活性，促進O2·-歧化為H2O2，并由POD、CAT將產生的H2O2清除，減少鹽脅迫導致的細胞氧化損傷，提高植株耐鹽性。外源噴施Si處理會提高鹽脅迫下植株根系細胞中POD與CAT活性，降低葉片細胞中POD、CAT活性，這可能是由于不同組織器官中的抗氧化酶活性變化不同所致，植株在遭受脅迫時往往是根系最先感受脅迫并產生應激反應來抵御外界不良環境[29]。結合本試驗結果可以看出，硅通過調控植株抗氧化酶活性，從而緩解鹽脅迫引起的植株細胞氧化損傷，提高植株耐鹽性。

綜上所述，硅通過調節甜椒植株體內抗氧化酶活性，清除ROS，降低植株氧化損傷，提高甜椒的耐鹽性，保證甜椒在鹽脅迫環境下正常生長發育。