纳米SiO 2对樱桃萝卜光合特性及叶绿素荧光参数的影响
作者： 廖浩林 罗学刚 牟茂
摘要 以樱桃萝卜为试验材料，采用水培试验设计，通过根部灌施纳米SiO 2悬浊液的方法，研究不同浓度纳米SiO 2（0、50、100、200、400 mg/L）对樱桃萝卜叶片光合色素含量、光合特征参数和叶绿素荧光参数的影响。结果表明，根部灌施纳米SiO 2对樱桃萝卜的净光合速率（P n）影响不显著，但对其气孔导度（G s）、蒸腾速率（T r）、胞间CO 2浓度（C i）有显著影响，尤其是在中高浓度时。光合色素即叶绿素和类胡萝卜素含量显著增加，但高浓度时有所下降。同时，添加纳米SiO 2对樱桃萝卜的叶绿素荧光参数PS II的最大光化学量子产量（F v/F m）无明显影响，Y（II）（PS II的有效光量子产量）、ETR（相对光合电子传递速率）、qP（光化学荧光猝灭系数），qL（PS II天线色素光化学荧光猝灭系数）显著上升，在200 mg/L时最显著。qN（暗适应下光化学荧光猝灭系数）、NPQ（光照下非光化学荧光猝灭）无明显变化。研究结果表明，与对照组相比，添加纳米二氧化硅不会对樱桃萝卜光合系统产生胁迫。
关键词 纳米SiO 2;樱桃萝卜；水培；光合特征；叶绿素荧光参数
中图分类号 S 631.1 文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2025）04-0032-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.04.007
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effect of Nano SiO 2 on Photosynthetic Characteristics and Chlorophyll Fluorescence Parameters of Cherry Radish
LIAO Hao lin1，LUO Xue gang1，2，MU Mao1
（1.School of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang，Sichuan 621010;2.Engineering Research Center of Biomass Materials，
Ministry of Education Mianyang，Sichuan 621010）
Abstract The effects of different concentrations of nano SiO 2 （0，50，100，200，400 mg/L） on photosynthetic pigment content，photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence parameters of cherry radish were studied by using the method of root irrigation of nano SiO 2 suspension in hydroponics experiment design.The results showed that the net photosynthetic rate （P n） of cherry radish was not significantly affected by root irrigation with nano SiO 2，but it had significant effects on stomatal conductance （G s），transpiration rate （T r） and intercellular CO 2 concentration （C i），especially at medium and high concentrations.The content of chlorophyll and carotenoids increased significantly，but decreased at high concentrations.At the same time，the addition of nano SiO 2 had no significant effect on the maximum photochemical quantum yield （F v/F m） of chlorophyll fluorescence parameter PS II，Y（II） （effective photoquantum yield of PS II），ETR （relative photosynthetic electron transfer rate），qP （photochemical fluorescence quenching coefficient），qL（PSII antenna pigment photochemical fluorescence quenching coefficient） of cherry radish significantly increased，and most significantly at 200 mg/L，qN（photochemical fluorescence quenching coefficient under dark adaptation），NPQ（non photochemical fluorescence quenching under light）had no significant change. The results showed that compared with the control group，the addition of nano silica did not stress the photosynthetic system of cherry radish.
Key words Nano SiO 2;Cherry radish;Hydroponics;Photosynthetic characteristics;Chlorophyll fluorescence parameters
基金项目 四川省科技计划重点研究项目（2021YFN0625）。
作者简介 廖浩林（1997—），男，四川德阳人，硕士研究生，研究方向：植物生理。*通信作者，教授，博士，从事环境污染控制与生物修复研究。
收稿日期 2024-03-04
纳米材料因其独特的结构和优异性能被广泛应用于各行各业，如电子学、化学、医学等领域，在生物学中的应用也日益受到重视［1］。近年来，纳米生物技术在植物科学领域也获得了相当大的发展势头［2］。研究表明纳米材料具有促进植物生长、提升水果品质和防治动植物疾病等功效［3］。其中，有关纳米二氧化硅对植物生长发育的影响研究越来越多。纳米材料具有尺寸小、比表面积大、高吸附性等理化特性，逐渐用于纳米农药载体以及纳米硅肥，作为一种智能输送系统在农业作物上的应用越来越受到关注，制造缓释农药和肥料，可以避免农药化肥的过量使用，并延长作用时间提高效率［4］。研究表明，纳米二氧化硅可以促进植物种子的萌发和发芽，对番茄发芽［5］有促进作用，可促进黄瓜幼苗生长［6］、绿豆和红豆2种芽苗的生长［7］。但研究发现不同类型的纳米硅材料在一定浓度时对植物生长无明显的影响，甚至有些处理抑制植物的生长［8］。国外研究表明1 000 mg/L 的纳米硅材料对西葫芦种子发芽有显著抑制作用［9］。Van Hoecke 等［10］研究表明，纳米硅显著抑制了绿藻的生长。Cabello-Hurtado等［11］研究表明纳米硅对拟南芥的生物量和光合作用无明显影响。
萝卜（Raphanus sativus L.）是十字花科萝卜属二年或一年生草本植物，营养价值高，在全国各地普遍栽培。我国萝卜产量高、耐贮藏，常年种植面积占世界种植面积的40％，产量约占世界总产量的47％，是仅次于白菜的第二大蔬菜［12］。在我国北方地区，萝卜种植面积占秋菜种植面积的20％～50％，是冬季及春季的重要补给供应蔬菜［13］。根作蔬菜食用，其余部位皆可入药，种子可榨油工业用及食用，是我国重要的经济作物之一。目前，有关纳米二氧化硅对薯类、马铃薯、萝卜等块根（茎）作物的影响研究较少，尤其是纳米二氧化硅对萝卜光合特性的影响及其调节作用的研究尚少。纳米硅材料与植物的相互作用是个复杂的过程，纳米硅材料对植物的影响与多种因素相关，其中纳米硅材料的性质、形状、大小、表面修饰的官能团、浓度与作用时间等因素以及植物种类都会影响纳米SiO 2对植物的作用结果［8］，在投入农业生产使用之前需要充分研究和评估其材料本身对农作物的影响。为了探究纳米SiO 2对蔬菜光合作用的影响，笔者选用樱桃萝卜为试验材料，通过水培试验，在营养液中添加纳米二氧化硅探讨纳米二氧化硅对樱桃萝卜叶片光合特征参数（P n、G s、T r、C i）、光合色素含量和叶绿素荧光参数的影响，以期为纳米SiO 2对萝卜等蔬菜光合作用的影响研究提供基础试验数据，也为纳米SiO 2作为纳米硅肥和纳米农药载体投入到块根（茎）作物中的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 试验材料购自北京凤鸣雅世种业公司品名为荷兰红星（Red star）的樱桃萝卜种子，用2%的NaClO对种子消毒15 min，再用蒸馏水冲洗，种子撒于育苗盘中，经育苗盘催芽后，将萝卜幼苗定植于水培容器中，置于人工气候培养室，仪器参数：温度 25 ℃，光照强度5 000 lx，光照时间12 h。定期添加营养液，保证萝卜的生长。
改良的霍格兰营养液成分：1 mmol/L KNO 3，1 mmol/L Ca（NO 3） 2·4H 2O，0.1 mmol/L KH 2PO 4 ，0.4 mmol/L MgSO 4·7H 2O，0.2 mmol/l NH 4NO 3 ，铁盐溶液4 μmol/L Fe-EDTA；微量元素 （9.2 μmol/L H 3BO 3，1.8 μmol/L MnCl 2·4H 2O，0.15 μmol/L ZnSO 4·7H 2O，0.04 μmol/L CuSO 4·5H 2O，0.1 μmol/L H 2MoO 4·H 2O）［14］。试验用纳米SiO 2悬浊液由四川浩宇华东科技有限公司提供，配制好相应浓度后，置于超声振荡器中振荡30 min。
1.2 方法
选取生长状况较为一致的萝卜幼苗，向其培养瓶灌入相应浓度的纳米二氧化硅悬浊液，处理浓度分别为50、100、200、400 mg/L，对照组则用蒸馏水代替。每个处理5盆，每盆视为一个重复，每盆3株，共计75株。生长14 d后，进行采样测定。