張 陽(yáng)，趙 瑞，劉士廣，玄元虎*，梅 瓊*

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，沈陽(yáng) 110866；2.保光科技發(fā)展有限公司, 天津 301700）

硅元素是水稻（Oryza sativaL.）生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的元素，葉片和莖稈中約含10%～20% 的二氧化硅［1］。國(guó)際土壤界認(rèn)為，硅是繼N、P、K之后第四種植物營(yíng)養(yǎng)元素［2-3］，其中水稻對(duì)硅元素需求較大。缺硅使水稻穗中糖類合成減少，同時(shí)細(xì)胞分裂及細(xì)胞壁形成受阻。因此，缺硅會(huì)導(dǎo)致水稻穗的生長(zhǎng)遲緩、穗數(shù)減少以及育性下降［4］。施用硅肥可促使水稻葉夾角變小，使植株生長(zhǎng)更為緊湊，提高成株植物光合效率，增加有效分蘗數(shù)。施用硅肥還可有效提升磷吸收，抑制鉀吸收，增加有效穗數(shù)及實(shí)粒數(shù)［5-8］。有研究認(rèn)為，施用硅肥主要通過(guò)增加水稻的有效穗數(shù)及每穗的實(shí)粒數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，而對(duì)千粒重的影響并不是很顯著［9-10］。而李衛(wèi)國(guó)等［6］的研究結(jié)果表明，施用硅肥達(dá)到高產(chǎn)是通過(guò)同時(shí)影響水稻千粒重、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)及結(jié)實(shí)率的增加而達(dá)到的。另外，施用硅肥可使水稻基部節(jié)間距離減小，并提高莖葉中表皮細(xì)胞的硅質(zhì)化程度，使莖稈的粗壯程度和直立度增加［11-18］，從而提高水稻的抗倒伏能力和抗病防蟲(chóng)能力［19-21］。已有研究表明，施用硅肥可提高水稻對(duì)紋枯病、白葉枯病、稻飛虱、稻縱卷葉螟、葉螨及跳蟲(chóng)等病蟲(chóng)害的抗性，這是因?yàn)樗疚展柙睾罂尚纬晒杌?xì)胞抵御病原菌和昆蟲(chóng)的侵入，從而起到物理屏障的作用［22-28］。如施用硅肥后的水稻可延緩螟蟲(chóng)刺入葉片的時(shí)間［28］。除此之外，硅介導(dǎo)的抗性增強(qiáng)機(jī)制還包括：1）提高抗性相關(guān)酶活性，如多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶；2）誘導(dǎo)抗菌物質(zhì)的合成，如黃酮類、酚類、植物抗毒素和病程相關(guān)蛋白；3）調(diào)節(jié)抗病相關(guān)信號(hào)途徑，如水楊酸、茉莉酸和乙烯介導(dǎo)的信號(hào)途徑［28-30］。

生產(chǎn)中一般將硅肥施用于土壤中，而葉面硅肥對(duì)水稻生產(chǎn)的影響研究較少。為明確葉面施用硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量和抗病蟲(chóng)的作用，本研究擬通過(guò)田間的水稻葉片施用硅肥試驗(yàn)和施用硅肥后的離體水稻葉片試驗(yàn)，探究施用水溶性硅肥對(duì)水稻的農(nóng)藝性狀和抗病蟲(chóng)性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種：稻花香4號(hào)（Oryza sativaL.）。

菌種：立枯絲核菌（Rhyzoctonia solani）小種AG1-IA，由本實(shí)驗(yàn)室保存。

硅肥：喜施達(dá)離子硅酸礦物肥（含硅量45.000 g/L），由天津保光科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 人工接種

水稻種子先用0.6%過(guò)氧化氫浸泡30 min進(jìn)行表面消毒，再用蒸餾水沖洗2遍以洗掉表面的過(guò)氧化氫，然后浸泡在蒸餾水中并置于30℃恒溫培養(yǎng)箱催芽。將土和基質(zhì)土（體積比為2∶1）混合后裝于育苗盤(pán)中，然后將出芽的種子在育苗盤(pán)里培養(yǎng)，20 d后對(duì)長(zhǎng)出的水稻葉面噴施硅肥，每?jī)商靽娨淮危掷m(xù)施用硅肥3周后接種立枯絲核菌（Rhyzoctonia solani）小種AG1-IA。菌株使用前需活化，首先將4℃保存的菌株取出并在超凈工作臺(tái)內(nèi)接種于裝有馬鈴薯葡萄糖瓊脂（potato dextrose agar，PDA）培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿，將培養(yǎng)皿置于26℃培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)2～3 d，待菌絲長(zhǎng)滿培養(yǎng)皿后用0.7 cm滅菌的打孔器在菌落邊緣打取菌餅。接菌前先在滅菌的培養(yǎng)皿中放入2張用無(wú)菌水浸濕的已滅菌濾紙，將稀釋200倍、500倍處理（喜施達(dá)硅肥原液的硅質(zhì)量濃度為45.000 g/L，稀釋200倍后硅的終質(zhì)量濃度為0.225 g/L，稀釋500倍后硅的終質(zhì)量濃度為0.090 g/L）和對(duì)照（清水處理）的葉片（倒三葉）剪成大小均等的3份，葉背朝上分別擺放在培養(yǎng)皿中的濾紙上，用滅菌的牙簽在每片葉子的中部位置扎一個(gè)小孔，放置一個(gè)菌餅，將不同處理的培養(yǎng)皿放置于溫度27℃、濕度90%的培養(yǎng)室中培養(yǎng)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.2.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在苗期（分別在兩葉一心期和移栽前一周）將水溶性硅肥稀釋后（硅肥原液的硅質(zhì)量濃度為45.000 g/L，將其用清水稀釋2 000倍，以15 kg噴霧器為例，添加7.5 mL原液，使硅的終質(zhì)量濃度為0.023 g/L）噴施葉面。分別在移栽緩苗后、拔節(jié)孕穗期和灌漿初期進(jìn)行大田噴施（將水溶性硅肥稀釋1 000倍后再噴施，稀釋方法同上，硅終質(zhì)量濃度為0.045 g/L）。對(duì)照組用清水進(jìn)行葉面噴施。每次噴施后分別對(duì)處理組和對(duì)照組進(jìn)行觀察記載。水稻成熟后對(duì)處理組和對(duì)照組進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)和產(chǎn)量測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Graphpad Prism8對(duì)水稻紋枯病病斑長(zhǎng)度進(jìn)行分析，不同處理組和對(duì)照組使用t-test進(jìn)行顯著性差異分析（0.01

2 結(jié)果與分析

2.1 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

葉面噴施硅肥的處理組與清水處理的對(duì)照組相比，葉片綠色更深（圖1），莖稈更粗壯（增加14.80%），植株更高（增加6.68%），且沒(méi)有紋枯病發(fā)生，而對(duì)照組植株則有發(fā)病（表1）。處理組與對(duì)照組的分蘗數(shù)雖然差異不顯著，但有增加的趨勢(shì)（表1、2）。這表明葉面噴施水溶性硅肥對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)紋枯病的抗性具有積極的促進(jìn)作用。

圖1 水稻葉面噴施硅肥后的現(xiàn)象Fig.1 Phenotype of rice plants after spraying silicon fertilizer on their leaves

表1 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)苗期水稻農(nóng)藝性狀的影響Tab.1 Effects of “Xishida” ionic silicic acid mineral fertilizer on agronomic traits in rice

表2 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)盆栽水稻分蘗的影響Tab.2 Effects of “Xishida” ionic silicic acid mineral fertilizer on tillering of rice in the pot

2.2 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

對(duì)3個(gè)不同田塊的水稻進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，處理組的有效穗數(shù)增加6.80%，實(shí)粒數(shù)增加6.00%，千粒重增加10.40%，產(chǎn)量增加24.33%（表3）。方差分析的結(jié)果表明，與對(duì)照相比，雖然處理組的每穴穗數(shù)和每穗實(shí)粒數(shù)沒(méi)有顯著性差異，但是有增加的趨勢(shì)（處理組的每穴穗數(shù)平均值是17.37，對(duì)照組的平均值是16.27；處理組的每穗實(shí)粒數(shù)平均值是95.69，對(duì)照組的平均值是90.26），而千粒重則差異顯著。本試驗(yàn)證明了葉面噴施水溶性硅肥確實(shí)能夠提高水稻產(chǎn)量，且增產(chǎn)的主要原因是穗數(shù)、實(shí)粒數(shù)及千粒重的增加。

表3 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of “Xishida” ionic silicate mineral fertilizer on rice yield

2.3 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)水稻的抗性影響

田間病害調(diào)查數(shù)據(jù)表明（表4），與對(duì)照組相比，施用硅肥處理組的二化螟蛀蟲(chóng)數(shù)降低67.00%，紋枯病未發(fā)生或輕度發(fā)生，而對(duì)照組為中度發(fā)生。處理組與對(duì)照組均未發(fā)生穗頸瘟。處理組水稻倒伏率為5.22%，而對(duì)照組為90.56%。該結(jié)果說(shuō)明，葉面噴施水溶性硅肥提高了水稻對(duì)二化螟和紋枯病的抗性，并且顯著增強(qiáng)抗倒伏能力。

表4 “喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥對(duì)水稻的抗性的影響Tab.4 Effects of “Xishida” ionic silicate mineral fertilizer on rice resistance

進(jìn)一步對(duì)施用硅肥的水稻葉片離體接種紋枯病，對(duì)接菌后0～144 h的葉片發(fā)病情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中在接菌72 h后的抗病效果較為顯著（圖2）。硅肥稀釋200倍和500倍的處理組的水稻葉片發(fā)病程度顯著低于對(duì)照組（圖2a），其中將硅肥稀釋500倍的處理組的抗病效果要好于稀釋200倍處理組水稻。用Graphpad Prism8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)照組平均病斑面積為7.8 cm2，而硅肥稀釋200倍處理的葉片病斑面積平均為2.4 cm2，是對(duì)照病斑面積的30.80%，差異顯著（P<0.05）。 硅肥稀釋500倍處理的葉片病斑面積平均為1.0 cm2，是對(duì)照面積的12.80%，差異極顯著（P<0.01）。

圖2 葉面噴施水溶性硅肥對(duì)水稻抗紋枯病的影響Fig.2 Effects of foliar spraying water-soluble silicon fertilizer on rice sheath blight resistance

3 討論

已有的研究結(jié)果表明，硅肥在水稻生長(zhǎng)發(fā)育中起重要作用［32］。缺硅會(huì)導(dǎo)致僵苗、水稻穗數(shù)減少、穗的生長(zhǎng)遲緩、水稻育性和品質(zhì)的下降［4，20］。噴施硅肥可促進(jìn)水稻分蘗，增加有效穗數(shù)，提高成穗率，增強(qiáng)光合作用，并可通過(guò)增加細(xì)胞壁及維管束的厚度來(lái)增加莖稈充實(shí)度，從而抗倒伏［1，18，22，25］。本研究在田間對(duì)稻花香4號(hào)葉面噴施“喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，施用硅肥的植株顏色更深綠，株高增加，莖稈更粗壯、抗倒伏能力顯著增強(qiáng)，且分蘗數(shù)增多，這與前人研究結(jié)果基本一致［11-14，19-21］，說(shuō)明施用硅肥確實(shí)對(duì)水稻的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用［17-18］。本試驗(yàn)選取的稻花香4號(hào)水稻材料的一個(gè)最大的缺點(diǎn)是不抗倒伏，所以“喜施達(dá)”離子硅酸礦物肥的施用可以給“稻花香4號(hào)”的推廣種植提供保障。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于水稻施用硅肥可以增產(chǎn)的報(bào)道有很多，如李衛(wèi)國(guó)等［6］的研究表明，在施用硅肥的情況下，可有效提升水稻對(duì)磷的吸收，抑制對(duì)鉀的吸收，進(jìn)而增加水稻的有效穗數(shù)及實(shí)粒數(shù)，使水稻產(chǎn)量提高。為了探究硅肥是如何對(duì)水稻產(chǎn)量產(chǎn)生的影響，本研究對(duì)處理組及對(duì)照組水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素（每株的穗數(shù)、每穗的粒數(shù)及千粒重）進(jìn)行測(cè)量比較。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，葉面噴施硅肥能夠提高水稻的穗數(shù)、每穗的實(shí)粒數(shù)及千粒重進(jìn)而提高水稻產(chǎn)量。

另外硅肥能夠提高水稻對(duì)生物脅迫的抗性［19，27］，施用硅肥后的水稻可延緩害蟲(chóng)的刺入，從而增強(qiáng)對(duì)稻飛虱、稻縱卷葉螟、葉蟎及跳蟲(chóng)等昆蟲(chóng)的抵抗力［4，30］。Winslow等［13］研究發(fā)現(xiàn)，水稻病害的嚴(yán)重程度和組織的含硅量呈負(fù)相關(guān)，認(rèn)為硅可在水稻葉片中沉積并與表皮細(xì)胞形成硅化細(xì)胞，從而起到物理屏障的作用，另外還能減緩真菌通過(guò)酶對(duì)細(xì)胞壁的降解［13，33］。本研究發(fā)現(xiàn)稻花香4號(hào)葉片表面噴施硅肥能夠明顯提高對(duì)二化螟和紋枯病的抗性，這與前人的研究結(jié)果一致。雖然施用硅肥能夠促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和增強(qiáng)水稻對(duì)生物、非生物因素的抗性，但是內(nèi)在機(jī)理卻未被闡明，需要進(jìn)一步深入的研究。

本研究結(jié)果表明，葉面噴施稀釋的離子硅肥礦物質(zhì)懸浮液，可提高水稻產(chǎn)量和抗病蟲(chóng)效果。這與土壤中使用固體硅肥相比，大大減少了硅肥的使用量，有效提高了硅的利用效率。紋枯病是我國(guó)近幾年水稻生產(chǎn)中發(fā)病面積和防治面積最大的病害［34］。而二化螟是主要的水稻害蟲(chóng)，單純通過(guò)農(nóng)藥防治成本高、效果有限，且對(duì)環(huán)境造成污染。抗病品種的培育是經(jīng)濟(jì)有效的防治手段，但是目前缺乏可利用的抗病品種。我們的研究結(jié)果表明，葉面施用水溶性硅肥可顯著提高水稻對(duì)紋枯病和二化螟的抗性并提高產(chǎn)量。本研究對(duì)今后水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)具有重要的意義。