外源液态硅肥处理对草莓品质的影响.pdf

中国果菜 China Fruit 2 ShandongRongqiKangjiAgriculturalScienceandTechnologyCo Ltd Yantai264000 China 3 ChinaCoopJinanHuadeCo Ltd Jinan250220 China Abstract Thesupplyoffertilizerdirectlyaffectsthegrowthanddevelopmentofplants thequalityandfirmnessof fruits Inthispaper theeffectsofexogenousapplicationofliquidsiliconfertilizeronthegrowth yieldandqualityof strawberryingreenhousewerestudied Theresultsshowedthattheapplicationofsiliconfertilizercouldimprovethe yield solublesolidcontentofstrawberryfruit inhibittheexpressionofcellwalldegradingenzymerelated genes thusenhancethefruithardness increasethenutrientelementssuchas K Ca Mgand reduce the enrichment of 硅元素作为地壳中第二大元素 广泛存在于岩石 砂砾 尘土之中 约占地壳的28 由于硅元素在地球上 大量存在 土壤中硅元素缺乏的问题被忽略了 导致硅 元素在植物生长发育中的作用一直被忽视 1 实际上自 然界中的硅元素大都以不溶于水的晶状体存在 随着现 代农业的发展 土壤中能被植物直接利用的硅酸已经不 能满足农业生产需求 2 研究表明 硅是植物中必不可少 的第四元素 能提高水稻中的硅含量 生物产量和籽粒 产量 增加苹果各组织中总酚和总花色苷化合物的积 累 干扰大豆植株效应受体的表达免受大豆疫霉的侵 害 降低重金属毒性等 3 6 随着土壤中必需元素缺乏的 日益严重 硅在缓解养分不平衡方面的作用受到了广泛 关注 研究显示 硅酸能置换土壤中的磷酸根离子 从而 促进有效磷的释放 7 8 同时还可减轻铁 锰等元素引起 的毒害 9 硅元素不仅为植物生长提供必不可少的养分 还可以作为土壤调理剂 在修复耕地 提高耕地质量 实 现粮食增产方面等潜力巨大 我国市场上的硅肥产品主要有熔渣硅肥和水溶性 硅肥两种类型 熔渣硅肥是指利用工厂生产加工过程中 产生的废弃矿渣为原料 经煅烧 研磨并复配而成的硅 肥 一般硅含量相对较低 且施用量较大 仅适合做土壤 基施 而原料矿渣的过渡金属离子含量不可控 存在引 起土壤污染的风险 10 水溶性硅肥是指直接以石英砂 硅 酸钠和硅酸钾等硅酸盐类化合物为原料 经化学合成制 得 溶于水 可以被植物直接吸收的硅肥 农作物对其吸 收利用率较高 硅的含量和纯度也比较高 11 目前的研究 主要围绕粮食作物开展硅元素提高植物抗逆性 在果蔬 类经济作物上的研究还不够充分 草莓果实美味可口 营养丰富 是在世界范围内广泛种植的一种重要水果 传统单一的大量元素施肥及设施土壤板结 盐渍化等问 题 严重影响了草莓植株的生长发育及果实品质 为促 进水溶性硅肥在草莓上的应用 本文以水溶性硅肥为供 试肥料 探究其对草莓产量 品质及安全性的影响 以期 为硅肥的推广应用提供依据 1 材料与方法 1 1 材料与试剂 试验草莓品种为 章姬 液体硅肥 SiO 2 120g L 山东荣启康纪农业科技有限公司 硝酸 色谱纯 天津市 科密欧化学试剂有限公司 钠 Na 钾 K 镁 Mg 锰 Mn 钙 Ca 铁 Fe 锌 Zn 铜 Cu 标准溶液均由国 家有色金属及电子材料分析测试中心提供 RNAprepPure多糖多酚植物总RNA提取试剂盒 DP441 天根生化科技 北京 有限公司 HiScriptIIIRT SuperMixforqPCR gDNAwiper 南京诺唯赞生物科技 股份有限公司 1 2 仪器与设备 PAL BX糖度计 ATAGO 爱拓 中国分公司 GY 2 水果硬度计 上海精密仪器仪表有限公司 ME204电子 天平 梅特勒 托利多仪器上海有限公司 CM 5色差计 日本柯尼卡美能达 WX 8000微波消解仪 上海屹尧仪 器科技发展有限公司 iCAP电感耦合等离子体质谱仪 赛默飞世尔科技 中国 有限公司 MilliQ超纯水系统 德 国默克公司 1 3 方法 1 3 1 实验设计 试验在济南市章丘区文祖街道多彩农庄基地日光 温室内进行 于2023年10月种植草莓 棚内具有水肥一 体化系统 栽培土壤为沙壤土 栽培基质为羊粪 兔粪按 体积比3 2混合 并加入发酵菌充分发酵30d以上制 得 于草莓成熟时选择成熟度一致 大小均匀 无病虫害 及损伤的果实作为实验用果 样品取相同部位放入液氮 中迅速冷冻 放入 80 冰箱保存 用于测试实时荧光定 栽培生理 heavy metal elements and improve the nutrition and safety of strawberry fruit At the same time this study also showed thatapplying800times dilution treatment and400times dilution treatment at seedling stage and growth stage respectively hadthebesteffectonthegrowthanddevelopmentofstrawberryplants Insummary exogenous liquidsiliconfertilizerhadhighapplicationvalueforstrawberryfruitqualityandplantgrowthanddevelopment and hadagoodprospectofpopularizationandapplication Keywords Strawberry siliconfertilizer growthanddevelopment fruitquality hardness 马迪 等 外源液态硅肥处理对草莓品质的影响 47 栽培生理中国果菜 量PCR分析 试验共设置3个处理组 使用不同稀释倍数的液体 硅肥对草莓植株进行灌根处理 分别为T1 800倍液 T2 400倍液 T3 100倍液 设置对照CK 施用灌溉 水 草莓幼苗于2023年9月27日定植 于11月7日开 始进入盛花期 定植后第7天及盛花期进行灌根1次 其 余管理按照常规措施进行 1 3 2 测定项目及方法 植株表型测定 单果质量使用电子天平称量 果实 硬度参照标准NY T2009 2011 水果硬度的测定 可 溶性固形物含量参照Kimberly等 12 的方法 采用手持糖 度计PAL BX测定 叶面积参照刘小锐等 13 的ImageJ图 像处理方法 选择未完全展开的复叶顶部小叶使用标签 进行标记 分别于施肥后的第7 14 21 28天进行持续拍 照记录 金属元素含量 参照GB5009 268 2016 食品安全 国家标准食品中多元素的测定 及潘少香等 14 的方法测定 色差值 参照潘少香等 15 的方法测定 分别从果实的 阴 阳面取点 每个点测定2次 求得平均值作为样品最 终数据 记录L 值 a 值 b 值 根系构型 盛果期随机选取3株长势一致的幼苗 用 自来水将根系冲洗干净 采用扫描仪进行根系构型参数 的分析 分别记录根系长度 根系表面积 根系体积 总RNA提取和反转录 将保存在 80 冰箱的样品 在液氮中迅速磨成粉末 取100mg样品粉末 用RNA prepPure多糖多酚植物总RNA提取试剂盒提取样品的 总RNA cDNA合成以提取的总RNA为模板 按照逆转 录试剂盒 HiScript III RT SuperMix for qPCR gDNA wiper 的基本操作流程提取 实时荧光定量PCR分析 参照赵文哲等 16 的研究 选择编码细胞壁降解酶关键基因FaPG FaPL FaPME Fa Gal FaEG 以及草莓硅转运蛋白编码基因 NIP2 1 like 以FaActin为内参基因 反应体系及条件参 考王稳等 17 的方法 1 4 数据处理 采用Excel2019和SPSS22 0进行数据处理与统计 分析 Origin2021作图 2 结果与分析 2 1 不同浓度硅肥对草莓果实产量及品质的影响 表1结果显示 单果质量呈现先升高后降低的趋势 其中T2处理的最高 比对照组增加24 45 可溶性固形 物处理组均优于对照组 呈现随施肥浓度升高而升高的 趋势 其中T3处理的最高 比对照组增加0 9 L 值表 示色差值中的亮度值 L 值越大 亮度越大 处理组均低 于对照组 呈现随施肥浓度升高而降低的趋势 其中T3 处理的最低 表示处理组草莓的表面颜色随施肥浓度增 加而越来越深 表 1 不同施肥浓度处理对草莓品质的影响 Table1 Effect of different fertilizer concentration treatments on strawberry quality 注 L 为亮度值 a 为红绿值 b 为黄蓝值 2 2 不同浓度硅肥对草莓果实硬度的影响 根据图1所示 处理组草莓果实阴面和阳面的硬度 均明显高于对照组 草莓果实阳面硬度呈现随施肥处理 浓度上升而升高的趋势 其中阳面硬度T2和T3处理组 显著高于对照组 T2处理组达到最高值 为0 47kg cm 2 比对照组提高了19 16 草莓果实阴面硬度呈现先升高 后降低的趋势 T2处理组达到最高值 为0 42kg cm 2 比 对照组提高22 40 表明T2处理组硬度最高 且更为均匀 2 3 不同施肥对草莓果实细胞壁降解酶基因表达量 的影响 由图2可知 T2处理组对草莓果实硬度提升效果最 为显著 选择T2处理组的果实进行细胞壁降解酶基因 表达量分析 以黄瓜的硅转运蛋白 CSiT 1和CSiT 2 进 行比对 获得草莓中同源性较高的NIP2 1 like 该基因 在处理组草莓果实中表达较高 在对照组果实中的表达 量较低 表明NIP2 1 like基因对外源硅的处理显著响 应 进一步分析显示 T2处理的草莓果实中的细胞壁降 处 理 单果 质量 g 色差值 可溶性固 形物含量 L a b CK 16 40 0 91 39 50 1 04 38 49 1 65 25 04 1 47 9 53 0 21 T1 15 33 0 64 39 17 1 19 37 31 1 38 26 78 0 86 9 81 0 20 T2 20 41 1 49 38 15 1 11 35 67 2 48 24 73 2 83 10 23 0 20 T3 17 04 1 05 35 82 2 01 36 98 0 83 23 70 1 06 10 43 0 33 48 栽培生理 解相关基因FaPL 果胶裂解酶 FaPME 果胶甲酯酶 和 FaEG 内切葡聚糖酶 均显著降低 极显著水平 Fa Gal 半乳糖苷酶 和FaPG 多聚半乳糖醛酸酶 明显降 低 说明FaPL FaPME和FaEG基因能够响应外源硅元 素信号 降低原果胶 纤维素降解酶活性 从而提高草莓 果实硬度 2 4 不同浓度硅肥对草莓果实元素含量的影响 利用ICP MS法对草莓果实中的常量元素 微量元 素 重金属元素等26种元素进行检测 其中重金属元素 含量均未超出GB2762 2022 食品安全国家标准食品 中污染物限量 的限定值 根据图3聚类热图分析所示 随着施肥浓度的提升 26种元素大致可分为三大类型 第一类元素 Mg B K Ti Si Mo Sn Mn 的含量随硅肥浓 度的增加显著提升 表现出正向积累趋势 其中 钾 K 和镁 Mg 的增加可能分别对果实的糖分积累和口感改 善具有重要作用 第二类元素 Ca Sr As Sb Cr Na V Al Fe Se Co 在低浓度硅肥处理 T1处理组 的果实中 含量较高 说明低浓度硅肥处理能促进某些微量元素的 图 1 不同施肥浓度处理草莓果实硬度的状况 Fig 1 The hardness of strawberry fruit treated with different fertilization concentrations 图 2 草莓果实细胞壁降解酶基因表达量变化 Fig 2 Changes of cell wall degrading enzyme gene expression in strawberry fruit 马迪 等 外源液态硅肥处理对草莓品质的影响 49 栽培生理中国果菜 吸收 这类元素中钠 Na 的过量积累会影响果实的风味 和口感 第三类元素 Cu Zn Ni Cd Tl Pb Ba 含量呈现 随施肥浓度提高而降低的趋势 尤其是重金属铅 Pb 镉 Cd 铊 Tl 在对照组中富集水平较高 而随着硅肥浓 度的增加 其在果实中的积累显著减少 表明硅肥施用 对抑制重金属富集具有积极作用 钙离子 Ca 2 和钾离 子 K 是维持调节质膜的稳定性和通透性的重要组分 18 前人研究也表明硅处理对钠 钾 钙等的吸收与转运有 调节作用 19 20 这与本实验结果相似 图 3 草莓果实元素含量聚类热图分析 Fig 3 Cluster heat map analysis of element content in strawberry fruit treated with different fertilization concentrations 2 5 不同施肥浓度对草莓幼苗叶片生长的影响 如图4所示 T1处理组在7 14d叶面积增长速率 最快 叶面积最初为20cm 在7d内快速增长至40cm 且叶面积在14 21d始终高于其他处理和对照组 T2处 理组与对照组叶面积增长趋势基本保持一致 而T3处 理组的叶面积增长率反而不如对照组 有研究表明硅元 素的施用浓度并非越高越好 较高的硅浓度可能导致植 物体内二氧化硅的聚合 使植物出现株高 茎粗 叶绿素 含量降低等胁迫现象 21 22 这与本实验结果相似 图 4 不同施肥浓度处理对草莓幼苗叶片面积的影响 Fig 4 Effect of different fertilizer concentration treatments on leaf area of strawberry seedlings 2 6 不同浓度硅肥对草莓根系发育的影响 由图5可知 在根长和根体积方面 处理组显著高于 对照组 随着硅肥施用浓度的增加 根长和根体积均呈 增长的趋势 而在根面积方面处理组和对照组并没有显 著差异 T1处理组仅在根长方面明显高于对照组 根体 积方面有增长趋势但不显著 T2处理组的根长和根体积 均显著高于对照组 根长增长了70 根体积增长了 64 T3处理组与T2处理组保持一致 无显著区别 3 小结 目前 水溶性硅肥在草莓生产中的应用尚处于初步 研究阶段 其潜在效益尚未得到充分开发和系统验证 本实验表明 对草莓植株进行水溶性硅肥灌根处理 能 够提高果实单果质量 最大增幅为24 45 同时提高果 实着色度及可溶性固形物含量 并减少Pb Cd Tl等重金 属在果实中的含量 对草莓果实外观 口感 安全等品质 指标都有明显提升 施用硅肥处理还可以提升K Ca元 素含量 降低Na元素含量 提高Na K比 同时抑制 FaPL FaPME和FaEG等细胞壁降解酶相关基因的表达 量 从而增强草莓果实硬度 以T2处理组效果最佳 硅肥对植物生长发育有显著影响 但肥料投入与作 物的产出并非线性关系 过高的硅肥施用量甚至会产生 负面效果 21 22 探寻适宜的施肥浓度对于草莓的品质提 升及生长发育尤为重要 本实验中 在草莓幼苗定植后 施用相对较低浓度硅肥的T1处理组叶面积增长速率最 为明显 而施用硅肥浓度较高的T3处理组叶面积的增 长率反而不如对照组 综上所述 在草莓植株幼苗期和 50 生长期分别施用稀释800倍和400倍的水溶性硅肥灌根 处理 有利于植株生长发育 并提高草莓果实的品质及 产量 本研究为液态水溶性硅肥在草莓生产上的应用价 值提供科学依据 参考文献 1 钱程 李新娥 赵欣 等 添加硅缓解植物非生物和生物胁 迫的生理生态机制 J 中国生态农业学报 中英文 2022 30 11 1762 1773 2 邹文思 硅肥研究进展和我国硅肥需求及生产现状 J 农 业与技术 2023 43 15 97 100 3 MARXEN A KLOTZBnullCHERT JAHNR et al Interaction between silicon cycling and straw decomposition in a silicon deficientriceproductionsystem J PlantandSoil 2016 398 1 2 153 163 4 KARAGIANNIS E MICHAILIDIS M SKODRA C et al Silicon influenced ripening metabolism and improved fruit qualitytraitsinapples J PlantPhysiologyand Biochemistry 2021 166 270 277 5 RASOOLIZADEH A LABBnull C SONAH H et al Silicon protects soybean plants against Phytophthora sojae by interfering with effector receptor expression J BMC Plant Biology 2018 18 1 97 6 张学勇 初国栋 王英杰 等 深海源硅 对 艾山红 苹果 叶片和果实品质的影响 J 烟台果树 2021 4 9 10 7 徐当会 高天鹏 李秋霞 等 硅的生物学功能及在草地生 态系统中的应用研究进展 J 生态学报 2020 40 22 8347 8353 8 ZHANG Y LIANG Y ZHAO X et al Silicon compensates phosphorus deficit induced growth inhibition by improving photosynthetic capacity antioxidant potential and nutrient homeostasisintomato J Agronomy 2019 9 11 733 9 DOSSANTOSMS SANGLARDLMVP BARBOSAML et al Silicon nutrition mitigates the negative impacts of iron toxicityonricephotosynthesisandgrainyield J Ecotoxicology andEnvironmentalSafety 2020 189 110008 10 王敬伟 纪发达 硅肥制备工艺及发展现状 J 中国高新科 技 2021 18 109 110 11 张育新 丁杰航 鄢文磊 等 硅藻土基硅肥的研究进展 J 矿产保护与利用 2022 42 4 85 93 12 KIMBERLYPW ADELAK Effectofcontrolled atmosphere storage on the quality and carotenoid content of sliced persimmons and peaches J Postharvest Biology and Technology 1997 10 1 89 97 13 刘小锐 黄成东 祝红伟 叶用莴苣叶面积测定方法的研究 J 中国蔬菜 2020 12 78 81 14 潘少香 赵岑 闫新焕 等 不同品种灵芝子实体及孢子粉 元素成分分析及重金属安全性评价 J 现代食品科技 2023 39 2 319 324 15 潘少香 郑晓冬 闫新焕 等 基于色差识别分析的灰枣不 同贮藏期质量评价 J 食品科技 2023 48 3 30 34 16 赵文哲 陈修德 邓文鹏 等 外源硅处理对草莓果实果胶 物质降解的影响 J 植物生理学报 2021 57 10 1926 1936 17 王稳 张鹏 王志敏 等 菊花脑管状花响应蔗糖饲喂的差 异基因分析 J 园艺学报 2024 51 6 1297 1310 18 PARMAGNANI A S MAFFEI M E Calcium signaling in plant insectinteractions J Plants 2022 11 20 2689 19 ALI M AFZAL S PARVEEN A et al Silicon mediated improvement in the growth and ion homeostasis by decreasing Na uptakeinmaize ZeamaysL cultivarsexposedtosalinity stress J Plant Physiology and Biochemistry 2021 158 208 218 下转第64页 图 5 不同施肥浓度处理对草莓根系发育的影响 Fig 5 Effect of different fertilizer concentration treatments on the development of strawberry root system 栽培生理 马迪 等 外源液态硅肥处理对草莓品质的影响 51 上接第51页 20 WANG X S HAN J G Effects of NaCl and silicon on ion distribution in the roots shoots and leaves of two alfalfa cultivarswithdifferentsalttolerance J SoilScienceandPlant Nutrition 2007 53 3 278 285 21 PARK Y G SEON MIN P NA C I et al Identification of optimal concentration of silicon application and its roles in uptake of essential nutrients in soybean Glycine max L J JournalofCropScienceandBiotechnology 2019 22 1 1 10 22 COSTABNS DIASGDMG COSTAIDJS etal Effectsof silicon on the growth and genetic stability of passion fruit J ActaScientiarumAgronomy 2016 38 4 503 所述 闷棚可以显著增加青蒿菜产量 其中主要原因 可 能是闷棚过程使得土壤养分循环得到了改善 且土壤微 生物菌群更有利于植物生长 而均衡补充施肥 则可以 进一步增加产量近30 结合土壤理化性质分析结果可 以看出 土壤中大量营养元素 中量营养元素和铜 锌等 微量营养元素养分并不缺乏 而是需要进行养分供应结 构的平衡性进行调整 试验中 补充铁 锰 硼等微量营 养元素肥料后 相应的土壤有效养分含量均有一定程度 的提升 但钼肥的施用可能因用量低 施用均匀性及土 壤样品采集的代表性等原因未见对土壤有效钼含量产 生影响 因此 在实际生产中 应全面综合考虑土壤中各 种养分的供应状况进行施肥 参考文献 1 吴茵 马承和 明家琪 等 江西省设施蔬菜生产现状调查 与分析 J 中国蔬菜 2024 4 8 14 2 王京文 李衍 沈建国 等 杭州市规模化设施蔬菜基地连 作障碍调查与分析 J 农学学报 2024 14 10 19 24 3 高宇 高丽丹 许一荣 等 设施蔬菜连作障碍成因与改善 措施 J 农业工程技术 2024 44 21 80 81 4 肖万里 基于HACCP原理的设施蔬菜连作障碍综合控制 措施研究 J 中国果菜 2020 40 11 68 71 78 5 SHARMA S ANEJA M K MAYER J et al RNA fingerprinting of microbial community in the rhizosphere soil of grain legumes J FEMS Microbiology Letters 2004 240 2 181 186 6 ACOSTA MATTFNEZ V UPCHURCH D R SCHUBERT A M et al Early impacts of cotton and peanut cropping systems on selected soil chemical physical microbiological and biochemical properties J Biology and Fertility of Soils 2004 40 1 44 45 7 谢祎 闫元元 田兴武 等 宁夏设施栽培对土壤真菌群落 结构和功能的影响 J 生态学报 2024 44 18 8383 8396 8 田春丽 姚丽娟 鲁晓民 等 不同连作年限设施草莓土壤微 生物群落结构分析 J 中国土壤与肥料 2024 8 102 110 9 李翔 鲁素君 杨靖康 等 设施蔬菜连作障碍成因及消减 研究进展 J 南方农业 2023 21 113 117 127 10 鲍士旦 土壤农化分析 第三版 M 北京 中国农业出版 社 2000 62 68 11 ZIKELI S DEIL L MOLLER K The challenge of imbalanced nutrient flows in organic farming systems A study of organic greenhouses in southern germany J Agriculture Ecosystems Environment 2017 244 1 13 12 胡铁军 化肥减量配施微生物肥对西蓝花产量品质与土壤 性质的影响 J 浙江农业学报 2024 36 7 1657 1665 13 QIUSHENW WENJIEW Insightintoapplicationofphosphate solubilizing bacteria promoting phosphorus availability during chicken manure composting J Bioresource Technology 2023 9 373 383 14 CAI Z ZHANG J HUANG X et al Application of reductive soil disinfestation to suppress soil borne pathogens J Acta Pedologica Sinica 2015 52 3 469 476 15 KUYPERS M M M MARCHANT H K KARTAL B The microbial nitrogen cycling network J Nature Reviews Microbiology 2018 16 5 263 276 16 ELENA P ASRE G JASENKA C et al Identification and pathogenicity of biscogniauxia and sordaria species isolated from olive trees J Horticulturae 2024 10 3 721 729 17 孙淑欣 刘慧聪 冯雪锋 等 设施栽培黄瓜长期连作对土壤 真菌多样性的影响 J 农业研究与应用 2022 35 3 37 44 18 何彦臻 许世奇 户可欣 等 腐熟羊粪添加微量元素对风 沙土土壤微生物 酶活性和玉米产量的影响 J OL 生态与 农村环境学报 1 17 2024 005 13 kcms2 article abstract v th5 mUcNE0PBzJjVmKC0k1CkyG9 jtUzI8v1EpWBYWbL7DzSXb3ZOtDUslslruUcAZiBA6W5hqvr hx6eb ycmi wgAeJPPMR4K1L3YQpHc11Ehtly4n8g5cBU84 2z3fWx41UhSrKtkqxxajFeQB41u4s9aqoBzR3gZxRk0XKETX L3gD8Gf9Yk7 ZJjN 6z8c uniplatform NZKPT languag e CHS nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 栽培生理中国果菜 64