外源硅缓解甜瓜自毒作用的生理生化机制研究及其在连作障碍中的应用

本研究揭示了甜瓜(Cucumis melo L.)连作障碍(CCOs)中自毒作用的关键机制，发现外源硅(Si)可通过调控抗氧化系统(SOD、POD)、降低氧化应激标志物(MDA、O2-)、恢复光合性能(叶绿素a提升56.94%)及上调硅转运蛋白基因表达等多元途径显著缓解自毒胁迫，为设施栽培可持续发展提供新策略。

　　

Highlight

自毒作用与硅处理的单独及联合效应对甜瓜形态的影响

与对照组(CKG)相比，自毒处理显著抑制根系生长（图1A），根长(RL)减少18%-30%，根干重(DW)降低14%-30%，平均根径(RD)缩减6%-20%。外源硅的添加使根系形态显著改善：处理96小时后根长增加38.10%，24小时后根干重提升38.26%，48小时后平均根径增大45.16%。硅单独处理组(SG)与对照组无显著差异。

讨论

胁迫条件下植物常出现形态劣变，而外源硅通过恢复细胞稳态显著改善生长。自毒作用导致的株高(PH)、鲜重(FW)、干重(DW)和叶面积(LA)下降是细胞稳态破坏的典型症状。硅处理逆转这些症状，表明其通过生理和结构修复机制发挥作用：1）降低O₂^-产生速率23.40%，H₂O₂含量减少30.77%；2）激活抗氧化系统，SOD活性最高提升102.91%，POD活性增加56.38%；3）修复光合机构，叶绿素a和总叶绿素分别增加56.94%和71.75%。

结论

本研究证实自毒作用通过诱导氧化损伤显著抑制甜瓜生长，而外源硅通过多维度机制有效缓解：1）显著降低氧化应激标志物(O₂^-、H₂O₂和MDA)；2）增强抗氧化酶(SOD、POD)活性；3）上调硅转运蛋白基因表达；4）恢复光合色素合成。这些发现为连作障碍治理提供了创新性解决方案。

Conclusion

该研究系统阐明了硅缓解甜瓜自毒作用的分子生理机制，为设施农业可持续发展提供了理论依据和实践指导。硅处理不仅改善作物抗逆性，其环境友好特性更符合生态农业需求，具有重要推广应用价值。