硅酸钾与溶硅细菌协同调控田野菟丝子萌发并缓解其对埃塞俄比亚画眉草的氧化胁迫

本研究针对硅营养在农业应用中忽视杂草响应的科学空白，通过实验室、温室和田间三级实验，揭示了K2 SiO3 与溶硅细菌(SSB)的协同作用：虽促进寄生植物田野菟丝子(Cuscuta campestris)萌发率达142.6%，但通过激活超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性，使宿主埃塞俄比亚画眉草(Guizotia abyssinica)木质素含量提升3倍，硅吸收量增加2.2倍，最终实现寄生胁迫下的产量提升。该研究为硅基生物肥料在寄生杂草防控中的双刃剑效应提供了重要理论依据。

　　

在非洲东北部广泛种植的油料作物埃塞俄比亚画眉草（Guizotia abyssinica），因其富含抗氧化和抗炎成分而具有重要经济价值。然而田野菟丝子（Cuscuta campestris）的寄生可导致其产量损失高达86%，这种寄生植物通过物理缠绕、营养掠夺和诱导氧化应激三重机制危害宿主。传统防控方法如除草剂使用存在生态风险，而硅元素作为"准必需营养元素"虽在作物抗逆中表现突出，但其对寄生杂草系统的调控机制尚未阐明。

针对这一科学问题，伊朗Bu-Ali Sina大学Akbar Aliverdi团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，创新性地将硅酸钾(K₂
SiO₃
)与溶硅细菌(Silicate-Solubilizing Bacteria, SSB)联用，通过三级实验体系（实验室萌发测试、温室控制实验、田间验证）系统解析了硅营养对寄生关系的双向调控机制。研究采用完全随机设计，测定发芽率(GP)和平均萌发时间(MGT)等指标，通过检测超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和木质素含量等生理参数，结合硅元素吸收效率分析，揭示了硅介导的宿主防御机制。

实验室研究
K₂
SiO₃
+SSB处理使画眉草和菟丝子发芽率分别提升12.3%和142.6%，萌发速度加快39.5%和43.6%。值得注意的是，SSB单独处理对菟丝子萌发的刺激作用强于K₂
SiO₃
，表明细菌代谢产物可能打破种子物理休眠。

温室与田间研究
寄生状态下，K₂
SiO₃
+SSB处理使画眉草硅含量从213.6 mg/kg提升至469.9 mg/kg（2.2倍），形成更坚固的硅-角质双层结构。同时，苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性激增驱动木质素沉积增加3倍，构建物理屏障抵抗菟丝子吸器(haustoria)侵入。尽管处理组菟丝子侵染量增加，但宿主通过SOD和CAT活性显著升高（p<0.01）有效清除活性氧(ROS)，最终实现产量反超。

结论与意义
该研究首次揭示硅营养的"双刃剑"效应：在促进菟丝子萌发加速种子库消耗的同时，通过物理（硅沉积/木质化）和生化（抗氧化系统激活）双重途径增强宿主抗性。这一发现为开发基于SSB的生物防控策略提供了新思路——通过精准施用时机（如萌发期结合除草剂），既可高效清除杂草又能提升作物抗逆性，契合可持续农业发展需求。研究还提示未来需关注SSB菌株特异性对硅活化效率的影响，以及不同宿主-寄生组合中的普适性规律。