硅通过促进钠离子外排和抗氧化能力增强盐胁迫下黄瓜根系钾离子保持的机制研究

为解决盐胁迫导致的钾离子(K+ )流失与植物生长受限问题，浙江大学研究人员通过火焰光谱仪、选择性离子电极技术(SIET)等技术，揭示了硅(Si)通过上调SOS 和NHX 基因表达促进钠离子(Na+ )外排，同时增强抗氧化酶活性，从而改善黄瓜根系K+ 保持能力的分子机制，为硅肥在盐渍化农田的应用提供理论依据。

　　

土壤盐渍化已成为全球20%耕地的“隐形杀手”，其中钠离子(Na⁺
)的毒害作用会引发植物钾离子(K⁺
)的“大逃亡”——不仅抑制K⁺
吸收，还导致细胞膜去极化引发的K⁺
外流。这种“双重打击”使作物在盐碱地中举步维艰。虽然硅(Si)被证实能缓解盐胁迫，但其如何调控K⁺
动态平衡仍是未解之谜。浙江大学团队以典型硅富集作物黄瓜为研究对象，在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究首次阐明：硅如同一位“离子调度师”，通过基因调控与抗氧化双途径守护植物体内的“钾库”。

研究采用半强度霍格兰营养液培养体系，通过50 mM NaCl模拟盐胁迫，结合1.5 mM硅酸钠处理。关键技术包括：火焰光谱法测定Na⁺
/K⁺
含量、选择性离子电极技术(SIET)实时监测离子流、qPCR分析基因表达、RNA测序解析转录组变化，以及抗氧化酶活性检测。

硅促进盐胁迫下黄瓜生长
盐胁迫使黄瓜生物量降低46%，而硅处理显著恢复生长。丙二醛(MDA)含量检测显示，硅使氧化损伤标志物下降32%，证实其保护作用。

硅调控Na⁺
/K⁺
稳态
盐胁迫组根部Na⁺
含量激增3.2倍，K⁺
下降58%。硅处理使Na⁺
外排效率提升41%，K⁺
泄漏减少67%。SIET技术捕捉到硅处理的根系具有更强的K⁺
内流信号。

抗氧化防御系统激活
超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性分别提高1.8倍和2.3倍，总抗氧化能力(T-AOC)上升76%。RNA-seq发现APX
和CAT
等抗氧化基因显著上调。

离子转运基因表达调控
硅特异性诱导盐过敏感通路(SOS
)基因表达2.1倍，液泡膜Na⁺
/H⁺
逆向转运蛋白(NHX
)基因表达量增加1.7倍，形成“外排-区隔化”双屏障。

该研究揭示硅通过“三位一体”机制增强植物耐盐性：①基因层面激活SOS
/NHX
强化Na⁺
外排；②提升抗氧化系统缓解氧化损伤；③间接稳定细胞膜电势减少K⁺
泄漏。这不仅为硅肥在盐碱地改良中的应用提供精准靶点，更创新性提出“K⁺
保持能力”应作为作物耐盐性评价的新指标。研究团队特别指出，硅对HKT1
（高亲和性K⁺
转运体）的调控可能是下一步研究重点。