硅肥对小麦抗旱性的调控作用：品种与胁迫强度的依赖性研究

这篇综述通过系统研究硅(Si)处理对小麦(Triticum aestivum)抗旱性的影响，揭示了其作用机制具有显著的品种特异性和胁迫强度依赖性。研究发现高硅积累基因型H5在短时重度干旱下，硅处理使气孔导度(gs)显著增加，产量提升3.5倍；而低气孔密度突变体TaEPF1OE则显示硅通过非气孔途径改善产量。研究创新性地提出硅肥应用需综合考虑作物品种、干旱类型（短期重度vs长期持续）与发育阶段，为精准农业中硅肥的合理化应用提供了重要理论依据。

　　

硅肥对小麦抗旱性的调控机制

1 引言

全球气候变化加剧背景下，干旱胁迫导致小麦减产高达5.1%。硅(Si)作为土壤第二丰富的元素，其植物有效形态单硅酸(Si(OH)₄)在pH<9时溶解度有限。尽管水稻等作物可通过Lsi家族转运蛋白主动积累硅，但小麦中硅的抗旱机制存在显著基因型差异。既往研究表明，硅能通过调节气孔运动、减少氧化损伤等多途径增强抗旱性，但关于其对气孔导度(g_s)的影响存在增加、降低或无作用等矛盾结论。这提示硅的作用可能受品种特性与胁迫条件的双重调控。

2 材料与方法

研究设计了三组实验：

实验1选用高硅积累基因型H3/H5，在孕穗期进行11天断水处理；

实验2通过TaEPF1OE突变体与Fielder对照，探究气孔密度的影响；

实验3采用80% vs 20%相对土壤含水量(rSWC)长期处理。通过红外气体分析(IRGA)监测动态光响应下g_s变化，X射线荧光(P-XRF)定量叶片硅含量。

3 结果

3.1 高硅积累基因型的差异化响应

H5总气孔密度达H3的1.5倍（p<0.0001）。硅处理使H3气孔密度降低7.8%，但显著提高H5在低光下的关闭最小导度(closing g_min)（p=0.0028）。干旱期间硅处理组水分消耗减少5%，但仅H5在干旱下实现3.5倍产量提升（p=0.0009），表明硅的效益与气孔特性相关。

3.2 气孔密度的调控作用

TaEPF1OE突变体气孔密度降低47.2%（p<0.0001），但硅积累未受影响。与H5类似，Fielder背景中硅处理增加g_s（p=0.0769），而突变体无响应。值得注意的是，硅使两者产量在干旱下分别增加80.1%和28.8%，证实存在非气孔依赖的通路。

3.3 水分胁迫模式的关键影响

长期20% rSWC处理下，硅对g_s和生物量无显著改善，反而呈现6.3-11.7%的降低趋势。与短期处理相比，硅浓度受rSWC显著调控（p<0.0001），提示水分有效性可能限制硅的吸收利用。

4 讨论

气孔硅沉积的双重作用可能是结果差异的核心：在H5和Fielder中，硅可能通过保卫细胞壁修饰阻碍完全闭合，维持干旱期光合；而长期胁迫下，硅积累的代谢成本可能抵消其收益。研究首次证实：

1. 1.

   气孔密度决定硅对g_s的调控幅度

2. 2.

   孕穗期是硅肥响应的关键窗口期

3. 3.

   短期重度干旱与持续轻度干旱需要差异化施肥策略

5 结论与展望

该研究建立了"基因型-气孔特性-胁迫模式"的三维决策框架，为硅肥精准应用提供理论支撑。未来需解析硅转运蛋白TaLsi1同源基因的等位变异，并开发基于生育期的动态施肥模型。在气候变化加剧的背景下，这项研究对保障全球粮食安全具有重要实践意义。