硅肥助力番茄增产提质：从生理到分子的奥秘探索

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【字体：大中小】 时间：2025年02月26日 来源：BMC Plant Biology 4.3

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　　为探究硅（Si）对土壤栽培番茄产量和品质的影响及生理机制，中国农业大学研究人员开展相关研究，发现 Si 可促进番茄生长、提高产量和品质，对可持续农业发展意义重大。

　　在蔬果的种植领域，番茄是当之无愧的 “明星作物”。它不仅是全球广泛种植的蔬菜，更是人们餐桌上的常客，为我们提供丰富的矿物质、抗氧化剂番茄红素（lycopene）和各类维生素。番茄红素和维生素 C（Vc）堪称人体健康的 “守护者”，它们能增强免疫系统，降低心血管疾病风险，还能延缓衰老。然而，番茄的品质却如同变幻莫测的天气，在外观和内在属性上差异巨大。

一直以来，硅（Si）作为地壳中含量仅次于氧的元素，虽然不是植物生长发育的必需元素，却有着神奇的 “魔力”。适量施用硅肥，能提高作物产量和品质，增强植物对各种生物和非生物胁迫的抵抗力，比如应对养分缺乏、重金属污染、干旱和病害等挑战。在葡萄种植中，硅肥的施用可以增加可溶性糖和淀粉的浓度，帮助葡萄抵抗盐胁迫；在甜瓜种植里，硅肥能增强甜瓜的光合作用，促进类胡萝卜素和可溶性固形物的积累，提升甜瓜的抗旱能力。但令人遗憾的是，在土壤栽培番茄方面，硅肥究竟如何影响其产量和品质，背后的生理和分子机制又是怎样的，这些问题如同神秘的面纱，一直未被完全揭开。

为了探寻这些问题的答案，中国农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》期刊上，为番茄种植领域带来了新的曙光。

研究人员采用了一系列专业且严谨的技术方法。在实验材料准备上，选用了 “Ailsa Craig” 品种的番茄种子，对其进行严格的消毒和催芽处理，随后移栽到 PVC 盆中，在温室环境下精心培育。实验设置了两个关键处理组：对照组（0 kg ha?1 Na?SiO?）和硅处理组（45 kg ha?1 Na?SiO?），每组设置三个生物学重复，以确保实验结果的可靠性。在测定指标时，运用了多种先进技术，如用直尺和游标卡尺测量植株的生长参数；使用自动凯氏定氮仪和电感耦合等离子体质谱（ICP - MS）分析矿物浓度；采用特定的试剂盒和分光光度法测定抗氧化酶活性、过氧化氢（H?O?）和丙二醛（MDA）浓度；通过 ELISA 试剂盒检测番茄红素合成相关酶的活性；利用 RNA 提取、逆转录和实时荧光定量 PCR（RT - qPCR）技术分析基因表达情况；最后，运用统计学方法对实验数据进行深入分析。

研究结果

Si 对植物生长和番茄产量的影响：研究发现，施用硅肥如同给番茄注入了 “生长魔法”。与对照组相比，硅处理组番茄的叶绿素浓度、株高、茎粗分别显著增加了 26.95%、11.34% 和 53.57%。根、茎、果的干重也分别显著提高了 16.22%、59.43% 和 50.88%。单果重更是提升了 63.06%，使得每株番茄的产量提高了 33.81%。
Si 对矿物营养浓度的影响：硅肥的施用对番茄不同组织中的矿物营养浓度产生了显著影响。在地上部分和果实中，氮（N）、磷（P）、硅（Si）的浓度显著增加；地上部分的钾（K）和果实中的钙（Ca）浓度也有所上升。然而，根中的钾（K）和锌（Zn）以及地上部分的锌（Zn）浓度却出现了显著下降。
Si 对抗氧化酶活性的影响：硅处理组番茄果实中的 H?O?和 MDA 含量分别降低了 17.32% 和 8.58%，而过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性则分别显著增强了 48.59% 和 14.32%。这表明硅肥有助于增强番茄果实的抗氧化能力，维持果实的健康状态。
Si 对番茄果实品质的影响：在果实品质方面，硅肥同样表现出色。与对照组相比，硅处理组果实中的可溶性糖浓度显著提高了 43.89%，维生素 C、类胡萝卜素和番茄红素的浓度分别大幅增加了 114.27%、99.17% 和 66.74%。
Si 对番茄红素合成相关酶活性和基因表达的影响：进一步研究发现，硅肥能够显著提高番茄红素合成相关酶 PSY 和 CRTISO 的活性，分别增加了 24.90% 和 23.78%。同时，PSY1 和 CRTISO 的转录水平也显著上升，分别提高了 79.43% 和 183.82%。而 PDS 和 ZDS 的活性及表达水平则没有明显变化。
维生素 C 相关基因的表达：在维生素 C 合成相关基因方面，硅处理组中 GME、GGP、DHAR 和 MDHAR 的相对表达量分别增加了 78.77%、59.38%、73.37% 和 55.41%，而 GMP 的表达水平在两组之间没有显著差异。

研究结论与讨论

综合以上研究结果，硅肥在番茄种植中具有不可忽视的重要作用。它能够促进番茄地上部分对矿物营养的积累，让番茄植株生长得更加健壮，从而提高产量。在果实品质方面，硅肥通过上调番茄红素和维生素 C 合成相关基因的表达，增强相关酶的活性，使得果实中的番茄红素和维生素 C 含量大幅提升，显著改善了果实的品质。

然而，研究也发现硅肥的施用并非 “一劳永逸”。随着硅肥施用量的增加，可能会出现一些元素之间的拮抗作用，比如硅与钾的拮抗，磷与锌的相互影响等。因此，在实际农业生产中，需要根据不同的番茄品种和土壤条件，精准优化硅肥的施用量，以实现最佳的种植效果。

这项研究为番茄种植提供了宝贵的理论依据和实践指导。通过合理施用硅肥，种植者有望收获产量更高、品质更优的番茄，不仅满足市场对高品质番茄的需求，还能提高农业生产的经济效益，推动可持续农业的发展。它就像一把钥匙，为我们打开了番茄种植增产提质的新大门，让我们在农业发展的道路上又迈出了坚实的一步。

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