不同浓度硅、钙对留兰香幼苗生长和生理特性的影响

doi:10.11686/cyxb2024153

摘要/Abstract

摘要：

为探究施用硅和钙对留兰香幼苗生长的影响，设置不同浓度硅（500、1000、2000 mg·kg^-1）和钙（400、800、1200 mg·kg^-1）处理，测定幼苗生长和生理指标。结果表明：与对照组相比，除2000 mg·kg^-1硅外，其他浓度硅、钙处理对留兰香的生长起促进作用，1000 mg·kg^-1硅和800 mg·kg^-1钙的促进作用较强。硅处理后可溶性糖和可溶性蛋白含量相比对照有所下降，2000 mg·kg^-1硅显著提高了脯氨酸含量、过氧化氢酶和过氧化物酶活性，丙二醛含量和细胞膜相对透性相比对照有所增加；多数钙处理后渗透调节物质含量和抗氧化酶活性相比对照均有增加，丙二醛含量和细胞膜相对透性均有降低。主成分和隶属函数分析表明，800和400 mg·kg^-1钙、1000 mg·kg^-1硅能促进留兰香生长，可为筛选出适宜留兰香生长的硅、钙浓度提供参考。

关键词: 留兰香, 硅、钙, 生长形态, 渗透调节物质, 抗氧化酶, 膜脂过氧化

Abstract:

In order to investigate the effects of silicon and calcium application on the growth of Mentha spicata seedlings， treatments comprising different concentrations of silicon （500， 1000， 2000 mg·kg^-1 applied as sodium metasilicate， NaSiO₃·9H₂O） and calcium （400， 800， 1200 mg·kg^-1 applied as anhydrous calcium chloride CaCl₂） were set up to determine the growth and physiological parameters of the seedlings. The results showed that， compared with the control group， all concentrations of silicon and calcium treatments， except 2000 mg·kg^-1 silicon， promoted the growth of M. spicata， with 1000 mg·kg^-1 silicon and 800 mg·kg^-1 calcium having the strongest promotional effect. Soluble sugar and soluble protein contents decreased after silicon treatment， 2000 mg·kg^-1 silicon significantly increased proline content， catalase and peroxidase activity， and malondialdehyde content and cell membrane relative permeability increased compared with the control； most of the calcium treatments increased levels of osmotic regulatory substances and antioxidant enzyme activities compared with the control， while malondialdehyde content and cell membrane relative permeability were decreased. Principal component and subordinate function analyses showed that 800 and 400 mg·kg^-1 calcium and 1000 mg·kg^-1 silicon promoted the growth of M. spicata. These results provide reference data for selecting suitable silicon and calcium concentrations in soil for M. spicata growth.

Key words: Mentha spicata, silicon， calcium, growth morphology, osmotic regulator, antioxidant enzymes, membrane peroxidation

王梦琦, 王菲, 赵琬璐, 刘彦奇, 崔灿, 严俊鑫. 不同浓度硅、钙对留兰香幼苗生长和生理特性的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(3): 154-163.

Meng-qi WANG, Fei WANG, Wan-lu ZHAO, Yan-qi LIU, Can CUI, Jun-xin YAN. Effects of different concentrations of silicon and calcium on the growth and physiological characteristics of Mentha spicata seedlings[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(3): 154-163.

图/表 7

参考文献 38

1	Alok R， Ragini S， Meenu B， et al. Silicon-mediated abiotic and biotic stress mitigation in plants： Underlying mechanisms and potential for stress resilient agriculture. Plant Physiology and Biochemistry， 2021， 163： 15-25.
2	Ma C H， Yang L， Hu S Y. Silicon supplying ability of soil and advances of silicon fertilizer research. Hubei Agricultural Sciences， 2009， 48（4）： 987-989.
	马朝红，杨利，胡时友. 土壤供硅能力与硅肥应用研究进展. 湖北农业科学， 2009， 48（4）： 987-989.
3	Soil and Fertilizer Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences. Chinese fertilizers. Shanghai： Shanghai Scientific and Technical Publishers， 1994.
	中国农业科学院土壤肥料研究所. 中国肥料. 上海：上海科学技术出版社， 1994.
4	Chen D W， Tang Y H， Shi W B， et al. Progress in the regulation of calcium growth and development. Molecular Plant Breeding， 2019， 17（11）： 3593-3601.
	陈德伟，汤寓涵，石文波，等. 钙调控植物生长发育的进展分析. 分子植物育种， 2019， 17（11）： 3593-3601.
5	Tang X F， Long M H， Yu W J， et al. The yield and quality of melon as influenced by different levels of potasium， calcium， and magnesium. Northern Horticulture， 2008（4）： 17-20.
	唐小付，龙明华，于文进，等. 不同钾、钙、镁水平对厚皮甜瓜产量和品质的影响. 北方园艺， 2008（4）： 17-20.
6	Gruber B D， Giehl R F H， Friedel S， et al. Plasticity of the Arabidopsis root system under nutrient deficiencies. Plant Physiology， 2013， 163（1）： 161-179.
7	Hao R F. Quality evaluation of spearmint at different harvesting periods and study on the bioactivity and application of its extracts. Nanjing： Nanjing Normal University， 2017.
	郝瑞芬. 不同采收期留兰香品质评价及其提取物生物活性与应用研究. 南京：南京师范大学， 2017.
8	Jiang R， Wu W. Characteristics and cultivation techniques of Mentha spicata. Rural Science & Technology， 2012（6）： 58-59.
	江蓉，吴伟. 留兰香特性及栽培技术. 农村科技， 2012（6）： 58-59.
9	Ding X M. Cultivation and initial processing techniques of Mentha spicata. Xinjiang Agricultural Science and Technology， 2015（6）： 31-32.
	丁雪梅. 留兰香的栽培与初加工技术. 新疆农业科技， 2015（6）： 31-32.
10	Guo F R， Nie J Y， Sun W， et al. Key points of cultivation techniques for Mentha spicata in Northeast China. Special Economic Animals and Plants， 2010， 13（10）： 36.
	郭凤仁，聂俊颖，孙伟，等. 东北地区留兰香栽培技术要点. 特种经济动植物， 2010， 13（10）： 36.
11	Zhang Y. Measure of chemical composition and antimicrobial activity， antioxidant activity， anti-tumor properties of spearmint oil. Shanghai Measurement and Testing， 2019， 46（5）： 50-54.
	张曜. 留兰香油的化学组成及其抗氧化、抗菌性能的测定. 上海计量测试， 2019， 46（5）： 50-54.
12	Kanatt R S， Chander R， Sharma A， et al. Antioxidant potential of mint （Mentha spicata L.） in radiation-processed lamb meat. Food Chemistry， 2007， 100（2）： 451-458.
13	Zheng J， Zhao D S， Wu B， et al. A study on chemical constituents in the herb of Mentha spicata. China Journal of Chinese Materia Medica，2002（10）： 32-34.
	郑健，赵东升，吴斌，等. 留兰香中化学成分的分离与鉴定. 中国中药杂志， 2002（10）： 32-34.
14	Jiang X W. Aromatic plants and their landscape construction methods. Landscape Architecture Academic Journal， 2017（8）： 22-25.
	蒋细旺. 芳香植物及其景观营造方式. 园林， 2017（8）： 22-25.
15	Zou Q. Experimental guidance on plant physiology. Beijing： China Agriculture Press， 2000： 112-141.
	邹琦. 植物生理学实验指导. 北京：中国农业出版社， 2000： 112-141.
16	Zhang X M， Liu Z H， Guo M， et al. Effects of biochar on seed germination and seedling growth of two plants. Journal of Northeast Forestry University， 2023， 51（4）： 26-31， 49.
	章小勉，刘梓毫，郭猛，等. 生物炭对两种植物种子萌发和幼苗生长的影响. 东北林业大学学报， 2023， 51（4）： 26-31， 49.
17	Gao J F. Experimental guidance on plant physiology. Beijing： Higher Education Press， 2006.
	高俊凤. 植物生理学实验指导. 北京：高等教育出版社， 2006.
18	Liu H C， Jia W Q. Study on some physiological characteristics of Trifolium repens leaves under salt stress. Guangdong Agricultural Sciences， 2008（12）： 58-60.
	刘会超，贾文庆. 盐胁迫对白三叶幼苗叶片叶绿素含量和细胞膜透性的影响. 广东农业科学， 2008（12）： 58-60.
19	Zhang Y J， Shang Y S， Wang P C， et al. Effects of super absorbent polymers on growth and physiological characteristics of Sophora davidii vs. Panjiang seedlings under drought stress. Acta Prataculturae Sinica， 2020， 29（7）： 90-98.
	张宇君，尚以顺，王普昶，等. 干旱胁迫下保水剂对盘江白刺花幼苗生长和生理特性的影响. 草业学报， 2020， 29（7）： 90-98.
20	Lv Y R， Wang F， Zhang T T， et al. Effect of inoculation with AM fungi on Rosa rugosa ‘Zizhi’ responses to Lymantria dispar stress. Journal of Northeast Forestry University， 2022， 50（12）： 99-103.
	吕亚茹，王菲，张婷婷，等. 接种AM真菌对紫枝玫瑰应答舞毒蛾胁迫的影响. 东北林业大学学报， 2022， 50（12）： 99-103.
21	Liu J K， Liu S Q， Lian H F， et al. Effects of silicon in nutrient solution on garlic growth and its physiological characteristics. China Vegetables， 2014（3）： 33-37.
	刘景凯，刘世琦，连海峰，等. 硅对水培大蒜生长和生理特性的影响. 中国蔬菜， 2014（3）： 33-37.
22	He S P， Jin Y Z， Wang P. Effects of silicon on biomass and physiological properties of winged bean seedling under drought stress. Journal of Soil and Water Conservation， 2015， 29（2）： 263-266， 298.
	何淑平，靳亚忠，王鹏. 硅对干旱胁迫下四棱豆幼苗生物量和生理特性的影响. 水土保持学报， 2015， 29（2）： 263-266， 298.
23	Peng B， Xu M Z， Wang Y， et al. Effects of calcium stress on growth and physiological index of Typha angustifolia L.in karst wetland. Journal of West China Forestry Science， 2020， 49（4）： 163-170.
	彭博，徐鸣洲，王妍，等. 钙胁迫对狭叶香蒲的生长及逆境生理指标的影响. 西部林业科学， 2020， 49（4）： 163-170.
24	Wu X N， Wang H X， Wang D， et al. Effect of calcium application on growth and physiological property of blueberry cutting seedlings. Journal of Fruit Science， 2022， 39（6）： 1063-1071.
	吴小南，王贺新，王碟，等. 钙对蓝莓幼苗生长及生理特性的影响. 果树学报， 2022， 39（6）： 1063-1071.
25	Huang Y B. Effects of calcium on the growth and physiological characteristics of fig. Nanjing： Nanjing Agricultural University， 2019.
	黄远博. 钙对无花果生长与生理特性的影响. 南京：南京农业大学， 2019.
26	Fu R， Meng X X， Chai S F. Research progress on the relationship between plants and calcium environment. Northern Horticulture， 2019（3）： 161-166.
	付嵘，孟小暇，柴胜丰. 植物与钙环境关系的研究进展. 北方园艺， 2019（3）： 161-166.
27	Wang F. Effects of different concentrations of silicon and calcium on growth and physiological characteristics of Mentha spicata. Harbin： Northeast Forestry University， 2022.
	王菲. 不同浓度硅、钙处理对留兰香（Mentha spicata）生长及生理特性的影响. 哈尔滨：东北林业大学， 2022.
28	Li H J. Effects of exogenous melatonin and silicon on the growth and physiological characteristics of celery （Apium graveolens） seedlings under salt stress. Journal of Henan Agricultural Sciences， 2020， 49（1）： 96-102.
	李红杰. 外源褪黑素和硅对盐胁迫下芹菜幼苗生长及生理特性的影响. 河南农业科学， 2020， 49（1）： 96-102.
29	Mao J M， Zhai F F， Liu J X， et al. The regulation of silicon to lead stress in Salix viminalis. Scientia Silvae Sinicae， 2018， 54（2）： 60-67.
	毛金梅，翟飞飞，刘俊祥，等. 硅对蒿柳铅胁迫的调控. 林业科学， 2018， 54（2）： 60-67.
30	Guo S X， Yang R， Hu X H， et al. Effects of exogenous silicon on the growth and physiological characteristics of tomato seedlings under different low temperature stress. Journal of Shanxi Agricultural University （Natural Science Edition）， 2021， 41（4）： 50-57.
	郭树勋，杨然，胡晓辉，等. 外源硅对不同低温胁迫下番茄根系生长及生理特性的影响. 山西农业大学学报（自然科学版）， 2021， 41（4）： 50-57.
31	Wu M， Liu X B， Ding L R， et al. Effects of silicon on germination and physiological characteristics of alfalfa under drought stress simulated by PEG. Acta Agrestia Sinica， 2017， 25（6）： 1258-1264.
	吴淼，刘信宝，丁立人，等. PEG模拟干旱胁迫下硅对紫花苜蓿萌发及生理特性的影响. 草地学报， 2017， 25（6）： 1258-1264.
32	Xu F F. Effects of Si on the growth and physiological characters of broccoli seedlings under the chromium stress. Journal of Jilin Agricultural Sciences， 2014， 39（6）： 55-57.
	徐芬芬. 铬胁迫下施硅对西兰花生长和生理特性的影响. 吉林农业科学， 2014， 39（6）： 55-57.
33	Liu Y， Fan G K， Liu D Y， et al. Effect of sodium silicate on the morphology and physiological and biochemical characteristics of sugar beet. Soil and Fertilizer Sciences in China， 2022（5）： 124-133.
	刘钰，范国凯，刘丹阳，等. 硅酸钠对苗期甜菜形态和生理生化特性影响的研究. 中国土壤与肥料， 2022（5）： 124-133.
34	Gao X Y， Yang G P， Xu Z Q， et al. The effect of calcium on the protective enzyme system of soybean membrane lipid peroxidation under water stress. Journal of South China Agricultural University， 1999（2）： 7-12.
	高向阳，杨根平，许志强，等. 水分胁迫下钙对大豆膜脂过氧化保护酶系统的影响. 华南农业大学学报， 1999（2）： 7-12.
35	Du Q. Effects of calcium on plant growth and tuber quality of potato. Lanzhou： Gansu Agricultural University， 2013.
	杜强. 钙对马铃薯植株生长及块茎品质的影响. 兰州：甘肃农业大学， 2013.
36	Jia R. Morphological and physiological effects of different calcium treatments on leaf scorch of potted oriental lily. Nanning： Guangxi University， 2017.
	贾蕊. 不同钙处理对盆栽东方百合叶烧病发生的形态和生理影响. 南宁：广西大学， 2017.
37	Li X J， Zhang G Q， Li H， et al. Effects of exogenous calcium on the growth and physiological characteristics of Pinus sylvestris var. mongolica seedlings in sandy land. Chinese Journal of Soil Science， 2021， 52（5）： 1095-1103.
	李香君，张广岐，李慧，等. 外源钙对沙地樟子松幼苗生长及生理特性的影响. 土壤通报， 2021， 52（5）： 1095-1103.
38	Yang Z， Sun H， Li T Y， et al. Effects of calcium on some biological and physiological characters of Panax ginseng. Journal of Jilin Agricultural University， 2014， 36（6）： 674-679.
	杨振，孙海，李腾懿，等. 钙对人参某些生物学性状和生理指标的影响. 吉林农业大学学报， 2014， 36（6）： 674-679.

处理 Treatment	根系总长 Total length of root system （cm）	根系总面积 Total root area （cm²）	根系总体积 Total volume of root system （cm³）	根系分叉数 Number of root forks （No.）	根系平均直径 Roots average diameter （mm）
CK	414.33±21.02d	7.47±0.77e	0.56±0.15de	206.00±39.73e	0.29±0.03d
T₁	446.65±5.10d	11.45±0.50c	1.10±0.09c	379.33±45.54c	0.45±0.03c
T₂	757.52±28.44b	24.19±0.47b	1.95±0.24b	591.00±38.15b	1.13±0.10b
T₃	406.64±15.84d	9.86±0.74d	0.34±0.02e	298.00±16.82d	0.32±0.04d
T₄	1127.40±44.27a	23.70±0.97b	0.83±0.07cd	530.67±38.68b	1.09±0.05b
T₅	1163.84±20.16a	26.94±0.85a	2.68±0.31a	737.00±60.32a	1.34±0.03a
T₆	466.09±42.26c	12.69±0.63c	0.73±0.07d	562.33±30.92b	0.34±0.05d

处理 Treatment	根系总长 Total length of root system （cm）	根系总面积 Total root area （cm²）	根系总体积 Total volume of root system （cm³）	根系分叉数 Number of root forks （No.）	根系平均直径 Roots average diameter （mm）
CK	414.33±21.02d	7.47±0.77e	0.56±0.15de	206.00±39.73e	0.29±0.03d
T₁	446.65±5.10d	11.45±0.50c	1.10±0.09c	379.33±45.54c	0.45±0.03c
T₂	757.52±28.44b	24.19±0.47b	1.95±0.24b	591.00±38.15b	1.13±0.10b
T₃	406.64±15.84d	9.86±0.74d	0.34±0.02e	298.00±16.82d	0.32±0.04d
T₄	1127.40±44.27a	23.70±0.97b	0.83±0.07cd	530.67±38.68b	1.09±0.05b
T₅	1163.84±20.16a	26.94±0.85a	2.68±0.31a	737.00±60.32a	1.34±0.03a
T₆	466.09±42.26c	12.69±0.63c	0.73±0.07d	562.33±30.92b	0.34±0.05d

处理 Treatment	可溶性糖 Soluble sugar （mg·g^-1）	可溶性蛋白 Soluble protein （mg·g^-1）	脯氨酸 Proline （μg·g^-1）
CK	0.80±0.07b	117.69±8.17bc	459.40±54.13b
T₁	0.58±0.07c	102.87±8.81cd	364.13±77.54c
T₂	0.74±0.17b	105.47±4.57cd	323.31±36.54c
T₃	0.35±0.10c	88.61±8.27d	618.99±16.17a
T₄	1.42±0.17a	177.29±3.58a	355.28±26.02c
T₅	0.82±0.27b	121.98±12.07bc	289.02±66.41c
T₆	1.48±0.32a	133.21±21.40b	368.80±49.54c

处理 Treatment	可溶性糖 Soluble sugar （mg·g^-1）	可溶性蛋白 Soluble protein （mg·g^-1）	脯氨酸 Proline （μg·g^-1）
CK	0.80±0.07b	117.69±8.17bc	459.40±54.13b
T₁	0.58±0.07c	102.87±8.81cd	364.13±77.54c
T₂	0.74±0.17b	105.47±4.57cd	323.31±36.54c
T₃	0.35±0.10c	88.61±8.27d	618.99±16.17a
T₄	1.42±0.17a	177.29±3.58a	355.28±26.02c
T₅	0.82±0.27b	121.98±12.07bc	289.02±66.41c
T₆	1.48±0.32a	133.21±21.40b	368.80±49.54c

处理 Treatment	过氧化氢酶 Catalase （ CAT）	过氧化物酶 Peroxidase （POD）	超氧化物歧化酶Superoxide dismutase （SOD）
CK	36.99±3.18d	139.87±5.79d	33.02±2.99c
T₁	33.09±1.77de	70.90±5.95f	22.03±4.69d
T₂	34.12±3.45de	67.51±10.21f	23.55±5.58d
T₃	68.73±2.69a	174.47±16.90c	41.67±5.77bc
T₄	45.39±3.90c	101.43±1.98e	50.65±5.54ab
T₅	59.14±1.14b	247.99±18.62b	53.47±7.63a
T₆	30.93±0.30e	380.99±23.11a	40.34±1.05c