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1、硅营养作用与作物抗逆能力硅营养作用与作物抗逆能力肖肖艳艳肖肖艳艳Si1行业精制2行业精制作物生长的必需元素：作物生长的必需元素：C、H、ON、P、KCa、Mg、SFe、Mn、Cu、Zn、Mo、B、Ni、ClSiNaCo3行业精制以氧化硅为主的巨大球体，地球生命的摇篮，已有46亿岁高龄 。约在3040亿年前，地球已经开始出现最原始的单细胞生命，后来逐渐进化，出现了各种不同的生物。4行业精制禾本科禾本科25%硅藻硅藻40%5行业精制硅硅藻藻:abar5um,bbar20um6行业精制海绵硅沉积蛋白主要有三个亚基：Silicatein（29 kDa），（28 kDa），（27 kDa）（Shimiz
2、u et al., 1998）。是木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶cathepsin L（组蛋白酶类）亚家族成员。海绵硅沉积蛋白基因与硅藻没有显著相似性。 海绵骨针7行业精制交流内容硅的营养作用我国土壤硅有效性硅肥在农业生产中的应用8行业精制1 1、含硅量很高的植物，如水稻为、含硅量很高的植物，如水稻为、含硅量很高的植物，如水稻为、含硅量很高的植物，如水稻为5%20%5%20%。2 2、中等，如燕麦、大麦等、中等，如燕麦、大麦等、中等，如燕麦、大麦等、中等，如燕麦、大麦等24%24%。3 3、含硅量很低，双子叶植物，含量在、含硅量很低，双子叶植物，含量在、含硅量很低，双子叶植物，含量在、含硅量很低，
3、双子叶植物，含量在1%1%以下。以下。以下。以下。一、硅在高等植物中的作用一、硅在高等植物中的作用（一）体内含量（一）体内含量9行业精制植物种类植物种类部位部位含量含量植物种类植物种类部位部位含量含量小麦小麦黑麦黑麦水稻水稻大麦大麦燕麦燕麦玉米玉米根根茎秆茎秆籽粒籽粒根根茎秆茎秆籽粒籽粒谷壳谷壳叶叶茎秆茎秆根根3.110.602.240.110.161.231.061.760.040.468.406.023.705.602.74芒芒茎秆茎秆籽粒籽粒茎秆茎秆根根叶叶籽粒籽粒茎秆茎秆穗茎穗茎根根果穗果穗籽粒籽粒4.701.540.425.962.433.742.050.995.960.830.78
4、0.320.04几种植物不同部位的含硅量（几种植物不同部位的含硅量（SiO2%干重）干重）10行业精制硅硅硅硅在在在在植植植植物物物物体体体体内内内内的的的的分分分分布布布布是是是是不不不不均均均均匀匀匀匀的的的的。根根根根据据据据其其其其在在在在植植植植物物物物体体体体内的分布特点可分为三类：内的分布特点可分为三类：内的分布特点可分为三类：内的分布特点可分为三类：第第第第一一一一类类类类、总总含含量量高高，主主要要分分布布于于地地上上部部，根根中中累累积积少。如燕麦和水稻。少。如燕麦和水稻。第第第第二二二二类类类类、植植株株各各部部分分的的含含硅硅量量都都低低，根根中中和和地地上上部的分布大
5、致相等。如番茄、大葱、萝卜和白菜等。部的分布大致相等。如番茄、大葱、萝卜和白菜等。第三类第三类第三类第三类、根中的含量明显高于地上部。如绛车轴草。、根中的含量明显高于地上部。如绛车轴草。在在组组织织水水平平，硅硅主主要要沉沉积积在在细细胞胞腔腔、细细胞胞壁壁、胞胞间间隙或细胞外层结构中，也进入中胶层。隙或细胞外层结构中，也进入中胶层。（二）分布（二）分布11行业精制12行业精制甲酚红染色法显示水稻表皮硅细胞内的八字形硅体（箭头a）和泡状细胞内的扇形硅体（箭头b）ab13行业精制高梁根内皮层硅体显微照片14行业精制根内皮层表面根横切面根内皮层自发荧光照片显示硅球分布15行业精制植植物物体体内内硅
6、硅的的主主要要形形态态是是硅硅胶胶和和多多聚聚硅硅酸酸，其其次次是是胶胶状状硅硅酸酸和和游游离离单单硅硅酸酸Si（OH）4。木木质质部部汁汁液液中中的的硅硅主主要要是是单单硅硅酸酸。以以水水合合无无定定形形(SiO2nH2O)形式存在，或聚合硅酸存在。形式存在，或聚合硅酸存在。（三）形态（三）形态16行业精制植物对硅的吸收和运输植物对硅的吸收和运输高高等等植植物物主主要要吸吸收收分分子子态态的的硅硅，不不同同植植物物种种类类吸吸硅硅能能力力有有显显著著差差异异，而而植植物物基基因因型型差差异异对对硅硅吸吸收收的的影影响响很很大大。通通常常土土壤壤溶溶液液中中的硅酸浓度与植物的吸硅量呈正比。的硅
7、酸浓度与植物的吸硅量呈正比。植植物物体体内内硅硅的的运运输输仅仅限限于于木木质质部部，它它在在地地上上部部茎茎叶叶中中的的分分布布取取决决于于各各器器官的蒸腾率。官的蒸腾率。17行业精制禾本科植物根吸收硅的特点禾本科植物根吸收硅的特点 1为组成型，而非诱导型(KazunoriandMa2003)；2除了5mMNH4+能引起30%的抑制以外，其它高浓度阴阳离子K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO42-,H2PO4-)的存在不影响硅的吸收（Takahashi1982)；3代谢抑制剂（NaCN,2,4dinitrophenol)和低温抑制硅的吸收（Ma,2002)；4硅的吸收可被水通道抑制剂（Hg
8、Cl2和phloretin）所抑制，并能被还原剂部分解除，但不受高浓度硼酸的影响，说明硅transporter上含有半胱氨酸残基，其与水通道蛋白不完全一致(KazunoriandMa2003);5根毛不参与硅的吸收（Ma2001)；6硅吸收的的高峰期在营养生长完成之后及生殖生长阶段（Motomura,2002)；18行业精制硅元素的作用硅元素的作用1 1 1 1、提高作物抗病能力、提高作物抗病能力、提高作物抗病能力、提高作物抗病能力硅沉积假说。沉积在乳突体、表皮层或受真菌侵染部位、伤口处，增加，植物细胞壁的机械强度，起到天然的“机械或物理屏障”作用。硅促进了作物根和叶片细胞壁对抗白粉病侵袭的局
9、部防御区的形成，诱导酚类物质沿细胞壁积累，破坏病原菌吸器的完整性，限制真菌孢子萌发、吸器形成和菌丝生长。硅可能参与植物寄主和病原物相互作用体系的代谢过程，经过一系列生理生化反应和信号转导，激活寄主防卫基因，诱导植株系统抗病性的表达而起到了抑制病害的作用。硅可以诱导植株产生抗毒素。硅促进小麦产生抗毒素，诱导对真菌有毒的物质积累在被真菌侵染的作物叶片表皮层细胞中，调节类黄酮类抗毒素在黄瓜叶片的积累量，有效提高作物的抗病性。19行业精制20行业精制21行业精制水稻叶片的含硅量及其对稻瘟病感染性的影响水稻叶片的含硅量及其对稻瘟病感染性的影响04080120施硅量（施硅量（mg/L)含硅量（干物重含硅量
10、（干物重mg/g）020408121620病斑数（个病斑数（个/cm2)22行业精制2 2 2 2、提高抗虫能力、提高抗虫能力、提高抗虫能力、提高抗虫能力硅提高作物抗虫性的机制与抗病性相似。增强作物细胞壁的物理特性及诱导作物产生毒素都是硅影响食草性生物危害程度的重要因素。23行业精制3 3 3 3、减少重金属毒害、减少重金属毒害、减少重金属毒害、减少重金属毒害硅与重金属在介质和作物体内发生沉淀。促进钙离子吸收和运转，减轻由铝毒所引起的植物缺钙症状。参与重金属胁迫下作物的代谢过程。明显提高重金属毒害下作物超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶的活性，提高了抗坏血酸盐和谷胱
11、甘肽的浓度，降低了丙二醛含量，消除了重金属离子对可溶性蛋白质的抑制效应，提高作物的抗逆性。24行业精制25行业精制26行业精制27行业精制土壤中硅的存在，减少养分的固定土壤中硅的存在，减少养分的固定Si减轻Al的毒害作用的机理1)硅的加入提高了培养液的pH值,而容易促使Al离子沉淀;2)硅促进了植物对钙离子的吸收和转运,从而减轻了由Al毒所引起的植物缺钙症状;3)硅与铝在植物根系的外层细胞壁共沉淀,减少了根内Al的水平;4)铝硅酸复合物的形成减少了强毒性单质态Al离子的浓度；5）硅的加入改变了溶液和植物体中Al的化学形式。28行业精制4 4 4 4、提高作物抗旱能力、提高作物抗旱能力、提高作物
12、抗旱能力、提高作物抗旱能力硅化作用。硅可以在水稻叶片及叶鞘表皮细胞上形成“角质一双硅层”，以减少叶面水分消耗，降低呼吸速率，并且在短期干旱时可保证植物的正常生长。硅参与了干旱胁迫下作物的代谢活动。硅可以影响气孔运动和细胞汁液浓度。29行业精制-Si+Si表皮细胞角质层（0.1）硅层(2.5 )细胞壁(2.5 )水稻叶片角质-硅双层结构30行业精制31行业精制32行业精制5 5 5 5、提高作物抗盐碱能力、提高作物抗盐碱能力、提高作物抗盐碱能力、提高作物抗盐碱能力硅促进盐胁迫下作物对钠、钾的选择性吸收。有利于稳定盐胁迫下作物细胞膜的完整性、稳定性和功能性。硅参与作物代谢过程。33行业精制盐盐 胁
13、胁 迫迫 下下 硅硅 元元 素素 对对 地地 上上 部部 钠钠 、 钾钾 元元 素素 含含 量量 的的 影影 响响 （mg/gDw）ElementNaCl(mM)04590Na-Si3.387c36.516ab56.277aNa+Si3.9655c23.871b43.258abK-Si27.29a28.695b29.2465bK+Si26.715a35.4235a34.9005a34行业精制不同浓度盐胁迫下硅对水稻萌发百分率的影响不同浓度盐胁迫下硅对水稻萌发百分率的影响盐浓度盐浓度处理处理0mmol100mmol200mmolA100a100a21.67dB98.3a95a40bdcC93.3
14、3a90a83abD100a93.33a79abE98.33a98.33a65abcdF98.33a93.33a51.67abcdG96.67a93.33a38.33cdH98.33a98.33a35cd35行业精制盐胁迫下硅营养对水稻抗氧化系统和盐胁迫下硅营养对水稻抗氧化系统和钠、钾离子含量的影响钠、钾离子含量的影响表表1硅盐互作对片及根硅盐互作对片及根SOD活性的影响活性的影响盐浓度盐浓度NaCl(mM)上位叶片上位叶片中位叶片中位叶片根根-Si+Si-Si+Si-Si+Si02.718d3.095cd4.324bc5.32b10.02a9.6a453cd3.783c3.033cd3.61
15、9c9.071a11.425a902.469d3.363c3.406c4.182bc9.121a10.283a36行业精制6 6 6 6、提高抗倒伏能力、提高抗倒伏能力、提高抗倒伏能力、提高抗倒伏能力通过硅的积累，增加机械支撑能力增加纤维支撑能力协调养分平衡37行业精制38行业精制39行业精制7 7 7 7、改善根部营养环境、改善根部营养环境、改善根部营养环境、改善根部营养环境减少根部酸害减少化学物质危害改善土壤结构提高根系活力改变氧化还原环境40行业精制41行业精制8 8 8 8、提高光合作用效率、提高光合作用效率、提高光合作用效率、提高光合作用效率植植物物叶叶片片硅硅化化细细胞胞对对于于散
16、散射射光光的的透透过过量量为为绿绿色色细细胞胞的的10倍，能增加阳光的吸收，促进光合作用。倍，能增加阳光的吸收，促进光合作用。田田间间条条件件下下，施施硅硅改改变变植植物物的的受受光光形形态态，抑抑制制蒸蒸腾腾，增加群体光合作用。增加群体光合作用。42行业精制不同硅、氮肥的用量对水稻花期叶片展开度不同硅、氮肥的用量对水稻花期叶片展开度*的影响的影响硅肥硅肥*（SiO2，mg/L）氮肥氮肥（mg/L）040200516112040192002353776922*展开度指也行尖与茎秆之间的夹角展开度指也行尖与茎秆之间的夹角*硅肥采用硅酸纳硅肥采用硅酸纳43行业精制9 9 9 9、养分吸收协调能力、
17、养分吸收协调能力、养分吸收协调能力、养分吸收协调能力1 1）Si-NSi-N作作作作用用用用 在在在在供供供供高高高高氮氮氮氮时时时时，植植植植株株株株的的的的机机机机械械械械支支支支撑撑撑撑减减减减弱弱弱弱，组组组组织织织织柔柔柔柔软软软软，易倒伏和遭病虫害等。施硅肥可增强植株的刚性，减少倒伏。易倒伏和遭病虫害等。施硅肥可增强植株的刚性，减少倒伏。易倒伏和遭病虫害等。施硅肥可增强植株的刚性，减少倒伏。易倒伏和遭病虫害等。施硅肥可增强植株的刚性，减少倒伏。 植植植植株株株株中中中中Si/NSi/N与与与与作作作作物物物物的的的的抗抗抗抗病病病病性性性性有有有有关关关关，随随随随硅硅硅硅含含含含
18、量量量量增增增增加加加加，植植植植物物物物抗抗抗抗病和抗虫性增强。病和抗虫性增强。病和抗虫性增强。病和抗虫性增强。2 2）Si-PSi-P作作作作用用用用 植植植植物物物物对对对对硅硅硅硅与与与与磷磷磷磷的的的的吸吸吸吸收收收收表表表表现现现现出出出出一一一一定定定定的的的的竞竞竞竞争争争争效效效效应应应应。缺缺缺缺硅硅硅硅时时时时吸吸吸吸磷磷磷磷增增增增加加加加，增增增增加加加加硅硅硅硅减减减减少少少少磷磷磷磷的的的的吸吸吸吸收收收收。在在在在长长长长距距距距离离离离运运运运输输输输中中中中，硅与磷之间又有一定的相助作用。硅与磷之间又有一定的相助作用。硅与磷之间又有一定的相助作用。硅与磷之间
19、又有一定的相助作用。3 3）Si-Fe,MnSi-Fe,Mn作作作作用用用用 硅硅硅硅能能能能缓缓缓缓解解解解铁铁铁铁、锰锰锰锰离离离离子子子子过过过过多多多多引引引引起起起起的的的的毒毒毒毒害害害害作作作作用用用用。供供供供硅硅硅硅充充充充足足足足时时时时，叶叶叶叶片片片片中中中中锰锰锰锰的的的的分分分分布布布布均均均均匀匀匀匀，有有有有利利利利于于于于作作作作物物物物的的的的生生生生长长长长。硅硅硅硅能能能能增增增增强强强强水水水水稻稻稻稻茎茎茎茎、根根根根通通通通气气气气组组组组织织织织的的的的钢钢钢钢性性性性与与与与体体体体积积积积，有有有有利利利利于于于于氧氧氧氧的的的的输输输输入入
20、入入，从而增加水稻对过量铁、锰的忍耐性。从而增加水稻对过量铁、锰的忍耐性。从而增加水稻对过量铁、锰的忍耐性。从而增加水稻对过量铁、锰的忍耐性。44行业精制45行业精制10101010、其他作用、其他作用、其他作用、其他作用提高抗高温能力提高抗紫外线能力增加种子发芽能力提高抗寒能力46行业精制10、图1缺硅水稻叶片棕色的紫外伤害斑点（用反射光拍摄）116插图为伤害斑点的放大图（用透射光拍照）（箭头）700图图2加硅水稻叶片无紫外伤害斑点116，插图70061247行业精制土壤中硅主要以无机形态存在,有机形态的含硅化合物较少。无机形态的硅分为水溶态、吸附态和矿物态。水溶态硅存在于土壤溶液中,主要为
21、单硅酸Si(OH)4,吸附态硅是土壤胶体表面吸附的硅酸,许多氧比物和水化物能够吸附硅酸,其中铝氧化物吸附能力最强。矿物态硅中的SiO2的含量很高,占硅总量的50%70%。二、中国土壤有效硅状况二、中国土壤有效硅状况48行业精制 我国南方亚热带地区一般有面积为我国南方亚热带地区一般有面积为70%70%左右左右 的土壤缺硅；的土壤缺硅；pHpH值较高的土壤也缺硅。值较高的土壤也缺硅。 估计我国有一半耕作土壤缺硅。估计我国有一半耕作土壤缺硅。 国家统计局最新统计结果显示，我国目前有国家统计局最新统计结果显示，我国目前有 1.31.3亿亿hmhm2 2的耕地，约的耕地，约0.670.67亿亿hmhm2
22、 2耕作土壤缺硅。耕作土壤缺硅。49行业精制水稻需要硅肥的诊断标准水稻需要硅肥的诊断标准 稻草中全硅量稻草中全硅量 土壤中可给态土壤中可给态SiOSiO2 2含量含量 硅酸肥料效果硅酸肥料效果 （）（） ( (mgmgkg-1)kg-1) 11 105 11 13 130 13 130 预期无效预期无效 50行业精制合理施用硅肥应考虑的因素合理施用硅肥应考虑的因素1. 1. 土壤条件土壤条件 土壤有效硅含量土壤有效硅含量 （100100mg/kgmg/kg） 土壤质地土壤质地 土壤质地影响有效硅的含量。土壤质地影响有效硅的含量。粒级越细，有效硅含量越高。粒级越细，有效硅含量越高。 土壤酸碱度土
23、壤土壤酸碱度土壤pHpH值高值高, ,有效硅亦增加。有效硅亦增加。 2. 2.作物种类作物种类不不同同作作物物对对硅硅的的反反应应不不同同，水水稻稻，甘甘蔗蔗，大大豆豆，油油菜菜，番番茄茄，黄黄瓜瓜，甜甜菜菜，绿绿肥肥等等，对对硅硅肥肥反反应应良良好好；玉玉米米，高高粱粱，谷谷子子，小小麦麦等等，有有一一定定的的效效果果。种种植植上上述述作作物物时时，宜宜根根据据土土壤壤中中有有效效硅硅水水平平，酌酌情情施用硅肥施用硅肥。51行业精制三、硅肥在不同作物的应用效果三、硅肥在不同作物的应用效果必需：水稻、甘蔗、大麦、番茄、黄瓜、橡胶等。施肥效果明显的作物：玉米、小麦、大豆、果树、花生等。52行业精
24、制1、水稻施硅效应促进养分吸收提前返青、增加分蘖增加光合作用提高抗病能力增强抗旱、盐碱、寒冷能力提高根系氧化力，降低重金属毒害。水稻施硅后,可提高其对茎腐病、小粘菌核病、白叶枯病、胡麻叶斑病、稻曲病、穗颈瘟、叶瘟病、纹枯病、白粉病及稻纵卷叶螟、茎秆钻心虫和稻飞虱的抵抗力。53行业精制54行业精制55行业精制56行业精制增产7.6%18.2%57行业精制2、甘蔗（2030公斤/亩）增加含糖量：提高糖度0.81增加产量：增产2736.4%增强抗螟能力增加田间锤度促进成熟：提前57天抗病能力：叶雀斑病叶雀斑病58行业精制对照硅镁肥59行业精制60行业精制61行业精制3、黄瓜施用硅镁肥的效果对照硅镁肥
25、62行业精制香蕉：抗病63行业精制硅对葡萄白粉病的防治效果（山东、河南、南方部分省份）烟草的品质与抗病性（四川）草莓：产量、含糖量，抗白粉、灰霉病等能力（湖南、北京）草坪（褐斑、叶枯），北京大豆：增产5.611.8%，根腐病，黑龙江果树：锰毒、病害、果实品质（江西、浙江、广西、海南、山东）橡胶：割胶量，炭疽、叶斑等蔬菜：番茄、白菜、马铃薯等。油菜，增产511%，与硼肥配合，增产1020%。（江苏）玉米：抗倒伏、增产（河北、山东、河南、吉林）小麦：白粉、锈病、全蚀，增产、抗倒伏（河南、山东）64行业精制四、我国硅肥应用现状四、我国硅肥应用现状传统硅肥：天然钙肥：复合营养：硅钾肥、硅镁肥、硅锌肥水
26、溶硅肥：纳米硅，硅酸钠（钾）、液体65行业精制硅酸盐类硅酸盐类如如硅酸钠硅酸钠(Na2SiO3)含硅含硅23,硅酸钙硅酸钙(CaSiO3)含含硅硅31等，硅酸钠易溶于水，为速效硅肥等，硅酸钠易溶于水，为速效硅肥工业炉渣类工业炉渣类如钢铁工业炉渣，为块状或蜂窝状或小粒如钢铁工业炉渣，为块状或蜂窝状或小粒状固体，呈碱性，灰色至黑色。主要化学成分是二氧化硅和状固体，呈碱性，灰色至黑色。主要化学成分是二氧化硅和氧化钙，还含有铁、铝、镁、锰、磷、硫及铜、钼、硼、锌氧化钙，还含有铁、铝、镁、锰、磷、硫及铜、钼、硼、锌等，成分复杂且不稳定等，成分复杂且不稳定主主要要成成分分为为硅硅酸酸钠钠和和偏偏硅硅酸酸钠
27、钠的的混混合合物物，含含水水溶溶性性SiO2 SiO2 5555-60-60, ,白色粉状结晶。水稻上白色粉状结晶。水稻上, ,每亩用每亩用6-76-7kgkg。66行业精制纳米硅纳米硅正硅酸乙酯氨化67行业精制有机硅助剂表面张力表面张力 mN/m1721224展扩面积展扩面积 mm2三硅氧烷三硅氧烷21.6四硅氧烷四硅氧烷24.2多硅氧烷多硅氧烷23.6水水72乙氧基辛基苯乙氧基辛基苯 31.8( (浓度浓度0.1%)0.1%)68行业精制硅肥使用注意事项硅肥使用注意事项 补充硅肥的量要足补充硅肥的量要足补充硅肥的量要足补充硅肥的量要足 多数作物的主要作用是提供良好的营养环境多数作物的主要作用是提供良好的营养环境多数作物的主要作用是提供良好的营养环境多数作物的主要作用是提供良好的营养环境 部分碱性土壤注意补充锰部分碱性土壤注意补充锰部分碱性土壤注意补充锰部分碱性土壤注意补充锰/ / / /锌肥锌肥锌肥锌肥 叶面硅肥主要提高抗逆叶面硅肥主要提高抗逆叶面硅肥主要提高抗逆叶面硅肥主要提高抗逆 适宜的补充时期适宜的补充时期适宜的补充时期适宜的补充时期 高肥力土壤减少氮肥的使用高肥力土壤减少氮肥的使用高肥力土壤减少氮肥的使用高肥力土壤减少氮肥的使用69行业精制谢谢欢迎批评指正X1391016812670行业精制
