硅在缓解小麦早期生长干旱胁迫中的关键作用：提升生理生化响应，助力增产

为探究硅（Si）对小麦干旱胁迫的缓解作用，研究人员对两个品种研究发现，Si 可提升相关指标，提高产量。

　　在全球粮食生产的大舞台上，小麦作为最重要的主食作物之一，其生长状况直接关乎着人类的 “饭碗”。然而，干旱这个无情的 “敌人”，正严重威胁着小麦的产量。随着全球气候变化，干旱在许多小麦种植区愈发频繁，就像一场场不定期的 “灾难”，让农民们忧心忡忡。在小麦生长的关键时期，比如营养生长和茎伸长阶段，干旱就像一个 “捣蛋鬼”，会破坏小麦体内的源库关系，导致叶片早衰、产量降低，甚至植株过早死亡。

面对干旱的挑战，科学家们一直在寻找有效的应对策略。硅（Si）作为一种在植物应对环境胁迫中具有重要潜力的元素，逐渐进入了研究人员的视野。尽管已有研究表明硅对植物生长有益，但在小麦早期生长干旱胁迫方面，硅的具体作用机制以及对相关生理生化属性的影响，仍像一团迷雾，有待揭开。

为了驱散这团迷雾，来自澳大利亚墨尔本大学等机构的研究人员 Waseem Ashfaq、Muhammad Kaleem 等人开展了一项重要研究，相关成果发表在《Cereal Research Communications》上。

研究人员采用了玻璃温室实验，挑选了两个对干旱耐受性截然不同的面包小麦品种 —— 耐旱的 RAC875 和易旱的 Kukri。实验采用完全随机设计，设置了两个品种、两个 Si 水平（0 mM Si 作为对照和 4 mM Si）以及两种浇水制度（正常浇水，保持 95 ± 5% 的盆田间持水量；干旱胁迫，保持 38 ± 3% 的盆田间持水量），每个处理设置四个重复。

实验用到的主要关键技术方法包括：一是生理测量，在实验结束前，利用专业仪器对叶绿素含量（以 SPAD 值衡量）、光系统 II 最大光化学效率（Fv/Fm）、相对含水量（RWC）等生理指标进行测量；二是对有机渗透调节物质和细胞抗氧化剂进行定量分析，采用特定的化学方法分别测定总可溶性糖（TSS）、果糖含量（FC）、脯氨酸、游离氨基酸、总可溶性蛋白（TSP）、脂质过氧化（LPX）水平以及抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POX）等抗氧化酶的活性；三是运用统计分析软件 R 进行数据分析，通过双因素方差分析（ANOVA）和 Tukey 的 HSD 检验来评估 Si 对各种性状的影响，并利用主成分分析（PCA）探索关键性状之间的关系。

研究结果如下：

• 对植物生物量和生长性状的影响：Si 处理对两个品种的株高没有显著影响，但显著增加了干旱胁迫下两个品种的有效分蘖数和鲜重。在干旱胁迫且施硅（DSSi）处理下，RAC875 和 Kukri 的鲜重分别比绝对干旱对照增加了 23.3% 和 30.7% ，不过 Si 处理对干重没有显著影响1。
• 对各种生理性状的影响：干旱胁迫显著降低了两个品种的 RWC，而 Si 处理显著提高了干旱胁迫下两个品种的 RWC，其中 Kukri 的提升幅度（18.1%）比 RAC875（10.8%）更大。同时，干旱胁迫导致两个品种旗叶叶绿素含量下降，Kukri 表现出更明显的早衰现象，但 Si 处理显著减缓了旗叶衰老，Kukri 的 “持绿” 表型比例更高（12.7%） 。此外，Si 处理还显著提高了干旱胁迫下两个品种的Fv/Fm值，Kukri 的提升幅度（22.3%）高于 RAC875（10.1%）234。
• 对生化性状的影响：干旱胁迫降低了 TSS 和 FC 水平，而 Si 处理在 DSSi 条件下显著增加了两个品种的 TSS 和 FC。对于游离氨基酸，只有 RAC875 在 DSSi 处理下有所增加。Si 处理还显著增强了干旱胁迫下两个品种的抗氧化酶（APX、POX 和 CAT）活性，同时降低了脯氨酸和脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的含量，且在 Kukri 中降低幅度更大567。
• 多变量分析：PCA 分析表明，PC1 与多个反映植物生理生化性能提升的变量呈正相关，与脯氨酸含量和 LPX 浓度呈负相关，这意味着 Si 处理下脯氨酸和 LPX 的减少与耐旱性增强及生理生化性状改善有关。PC2 则体现了两个品种对 Si 和干旱胁迫处理的特异性代谢和生长反应8。
• 比较分析：热图分析显示，Kukri 在 DSSi 处理下脯氨酸与酶促抗氧化剂之间的相关性更强，且两个品种在 DSSi 处理下抗氧化酶活性与 LPX 的相关性增加，同时叶绿素含量和叶绿素荧光在 DSSi 处理下呈强正相关9。

研究结论和讨论部分指出，Si 处理虽然对株高无显著影响，但增加了有效分蘖数和鲜重，这对提高产量意义重大。Si 能够增强小麦在干旱胁迫下的 RWC，可能是通过促进根系生长、调节叶片水分蒸发以及影响根系疏水性屏障的形成来实现的。在光合作用方面，Si 处理减少了干旱对叶绿素含量的影响，提高了光化学效率，其机制可能与增加可溶性糖积累和增强抗氧化能力有关。此外，Si 处理还通过调节渗透调节物质的积累和减少氧化损伤，提高了小麦的耐旱性。

总体而言，这项研究揭示了 Si 在缓解小麦早期生长干旱胁迫中的重要作用，为农业生产中提高小麦产量、应对干旱挑战提供了新的策略和理论依据，有助于指导农民合理使用硅肥，保障粮食安全。