硅种子接种增强热胁迫下杂交玉米的抗氧化能力、生理特性及产量

时间：2025年4月3日

来源：BMC Plant Biology

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为应对气候变化导致的玉米热胁迫减产问题，MNS农业大学团队通过硅(Si)种子接种技术开展研究。发现6.0 mM Si处理显著提升耐热杂交种YH-5427的光合速率(A)、气孔导度(gs)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及产量，为半干旱地区玉米生产提供经济有效的热胁迫缓解方案，成果发表于《BMC Plant Biology》。

气候变化正对全球农业可持续生产构成严峻威胁，其中热胁迫已成为仅次于干旱的第二大玉米生产限制因子。在热带和亚热带地区，尤其是干旱半干旱气候区，高温会导致玉米生长受阻、生理紊乱和产量下降。巴基斯坦作为全球第五大受气候变化影响国家，2022年3-5月遭遇破纪录热浪，气温较长期平均值高出3-8°C，给春季播种的玉米带来毁灭性打击。当玉米在生殖关键期遭遇高温时，会造成花粉败育、吐丝受阻，最终导致产量损失高达45%。面对这一严峻挑战，MNS农业大学联合德国哥廷根大学的研究团队创新性地探索了硅(Si)种子接种这一经济高效的解决方案。

研究团队首先在温室条件下筛选出耐热型(YH-5427)和敏感型(AA-9633)两个玉米杂交种，随后在田间采用裂区设计(RCBD)开展实验。通过搭建透明聚乙烯帐篷模拟热胁迫(45±3°C，每天6小时)，结合三种硅浓度处理(Si₀=0 mM，Si₁=3 mM，Si₂=6 mM)，系统评估了硅对玉米生理生化及产量的影响。关键技术包括便携式光合作用测定系统(CIRAS-3)测量光合参数，酶联免疫吸附试验(ELISA)分析抗氧化酶活性，以及标准化农艺性状测定方法。

研究结果显示，在热胁迫条件下，6 mM硅处理使耐热杂交种YH-5427的穗长增加19.9%，穗粒数提升10.3%，千粒重提高2.51 g。生理机制研究表明，硅通过增强超氧化物歧化酶(SOD，提升56%)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性，有效清除了活性氧(ROS)。同时，光合速率(A)和气孔导度(gs)分别改善71.3%和69.5%，水分利用效率(WUE)提高2.12倍。相比之下，敏感型杂交种AA-9633的增产幅度仅为9.26%。

相关性分析揭示，硅处理组的抗氧化酶活性与产量性状呈显著正相关。热图可视化显示6 mM硅处理在耐热品种中形成明显的红色聚类，表明其协同增效作用。讨论部分指出，硅通过双重机制发挥作用：一方面通过增强细胞壁硅质沉积提高机械强度，另一方面通过调节抗氧化防御系统维持氧化还原平衡。该研究首次证实硅种子接种可作为独立农艺措施缓解玉米热胁迫，相比传统育种和转基因技术具有成本低、见效快的优势。

这项研究为气候变化背景下的玉米生产提供了重要实践指导。6 mM硅种子接种技术操作简便，每公顷成本不足5美元，适合在资源有限的干旱地区推广。未来研究可进一步探索硅与其他微量元素的协同效应，以及在复合胁迫(热旱交替)条件下的应用潜力。该成果为实现联合国可持续发展目标(SDG2)中的粮食安全目标提供了创新解决方案。