硅与硫脲协同作用通过协调离子和抗氧化反应提升盐胁迫下小麦品种的谷物品质

《Scientific Reports》：Silicon and thiourea synergy boosts wheat cultivars’ grain quality under salinity via coordinated ion and antioxidant responses

本研究针对盐胁迫严重制约小麦产量和品质的突出问题，通过开展硅(Si)与硫脲(TU)联合处理对小麦盐耐受性影响的系统研究，发现TUP+SiF（硫脲浸种+硅叶面喷施）组合能显著提高K+/Na+比值(1.7-2.2倍)，降低MDA含量(33.8-60.9%)，增强SOD、POD、APX、CAT等抗氧化酶活性，有效改善谷物品质，为盐渍土小麦栽培提供了创新解决方案。

　　

随着全球土壤盐渍化问题日益严重，农作物生产面临着前所未有的挑战。小麦作为世界上最重要的粮食作物之一，其产量和品质受到盐胁迫的严重影响。当土壤中的钠离子(Na⁺)过度积累时，不仅会导致渗透胁迫和离子毒害，还会引发氧化损伤，破坏植物的正常生理功能。传统的小麦栽培方法在盐渍土中往往效果有限，因此寻找有效的盐胁迫缓解策略成为当前农业科研的重要方向。

在这一背景下，伊朗设拉子大学的研究团队开展了一项创新性研究，探索硅和硫脲这两种植物生长促进物质如何协同作用，帮助小麦抵抗盐胁迫。该研究近期发表在《Scientific Reports》期刊上，为解决盐渍土小麦栽培难题提供了新的思路。

研究人员采用了完全随机区组设计，在温室条件下研究了两种不同耐盐性小麦品种（耐盐的Barzegar和盐敏感的Amin）在三种盐度水平（0.5、4和10 dS m^-1）下的表现。他们比较了六种不同的处理方式，包括非引发处理(NP)、水引发(HP)、硅和硫脲联合引发(SiP+TUP)、硫脲引发加硅叶面喷施(TUP+SiF)、硫脲叶面喷施加硅引发(TUF+SiP)等，重点关注这些处理对小麦离子稳态、抗氧化系统和谷物品质的影响。

研究团队运用了多种关键技术方法，包括离子含量测定（使用火焰光度法和滴定法）、抗氧化酶活性检测（SOD、POD、CAT、APX）、氧化损伤指标测量（MDA、H₂O₂）以及谷物品质参数分析（灰分、硬度、水分、蛋白质、碳水化合物、纤维、面筋含量）。所有实验均设置三次重复，确保结果的可靠性。

叶片离子积累在小麦品种中的表现

研究发现，盐胁迫显著改变了小麦叶片中的离子平衡。在10 dS m^-1盐度水平下，两个品种的Na⁺含量显著增加（2.4-3.1倍），而K⁺、Ca²⁺、Si、N含量和K⁺/Na⁺比值明显降低。特别值得注意的是，TUP+SiF处理有效缓解了这些不利影响，使K⁺/Na⁺比值提高了1.7-2.2倍。相关性分析显示，Na⁺含量与K⁺、K⁺/Na⁺比值、Ca²⁺、Si、N和谷物产量呈显著负相关，表明离子稳态的维持对于小麦耐盐性至关重要。

过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量在小麦品种中的变化

盐胁迫诱导的氧化损伤是影响小麦生长的重要限制因素。在10 dS m^-1盐度下，两个小麦品种的MDA和H₂O₂含量显著上升，其中盐敏感品种Amin的增加幅度更大。TUP+SiF处理有效降低了这些氧化损伤指标，在Barzegar品种中MDA和H₂O₂分别降低了37.9%和4.4%，在Amin品种中分别降低了25.3%和13.0%。这一结果表明，硅和硫脲的协同作用能够有效减轻盐胁迫引起的膜脂过氧化损伤。

小麦品种的抗氧化酶活性

抗氧化酶系统是植物抵抗氧化胁迫的重要防线。研究显示，盐胁迫条件下，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性均有所增加。TUP+SiF处理进一步增强了这些酶的活性，其中SOD提高了12.6-14.2%，POD提高了33.1-33.8%，APX提高了25.9-26.7%，CAT提高了55.3-93.9%。这种协同增效作用为小麦提供了更强的抗氧化保护能力。

品质性状和谷物产量在小麦品种中的表现

盐胁迫对小麦谷物品质产生了多方面的影响。在10 dS m^-1盐度下，灰分、水分、碳水化合物、纤维和面筋含量显著降低，而谷物硬度增加。TUP+SiF处理有效改善了这些品质参数，在两个盐度水平（4和10 dS m^-1）下均表现出积极效果。更重要的是，该处理显著提高了谷物产量，在10 dS m^-1盐度下，Barzegar和Amin的产量分别提高了39.0%和50.0%。相关性分析进一步证实，谷物产量与水分含量、碳水化合物、纤维、面筋、灰分、氮、硅、钙、K⁺/Na⁺比值和K⁺水平呈正相关，而与Na⁺、MDA、H₂O₂、谷物硬度和蛋白质含量呈负相关。

本研究通过系统的实验设计和完善的数据分析，揭示了硅和硫脲协同作用的多重机制。硅主要通过表皮硅沉积减少Na⁺吸收，而硫脲则通过其巯基直接清除活性氧。这两种物质的联合使用产生了显著的协同效应，通过调节离子稳态、增强抗氧化防御和改善谷物品质，有效提高了小麦的盐耐受性。

研究结果不仅证实了硅和硫脲单独使用的有效性，更重要的是发现了它们联合使用的协同增效作用。特别是在TUP+SiF（硫脲浸种+硅叶面喷施）处理下，小麦在盐胁迫条件下能够维持更好的离子平衡，减少氧化损伤，最终实现产量和品质的双重提升。

这项研究的创新之处在于首次系统探讨了硅和硫脲联合使用对小麦盐耐受性的影响，并深入揭示了其作用机制。研究结果对于指导盐渍土小麦栽培具有重要的实践价值，为可持续农业发展提供了新的技术途径。同时，研究发现的品种间差异也提醒我们，在实际应用中需要考虑基因型特异性，通过品种选育和栽培技术优化，最大程度地发挥硅和硫脲的盐胁迫缓解效果。

随着气候变化和土壤盐渍化问题的加剧，这类研究的重要性将日益凸显。未来的研究方向可以进一步探索硅和硫脲协同作用的分子机制，以及在不同作物和环境条件下的普适性，为全球粮食安全提供更多科技支撑。