植物的硅素营养研究综述

本文阐述了硅在植物中的形态、分布、吸收、积累、生理作用及其与其它元素的关系。研究表明：１硅主要以二氧化硅胶（ＳｉＯ２．ｎＨ２Ｏ）的无机物形态存在于植物表皮细胞和细胞壁。植物体内硅的含量在不同物种间差异很大。根据硅的含量,可将一般栽培植物分为三种类群;同时根据植物硅钙摩尔比值可将植物分为喜硅植物和非喜硅植物。硅在植物各部分分布不均匀,并且随着植株的生长发育,植株中的硅含量不断变化。植物中硅的积累受环境中多种因素的影响。２植物主要以单硅酸形态吸收硅,不同植物吸收硅的能力不同。水稻具有主动吸硅能力,其吸收过程受体内代谢活动影响＜请合法使用软件＞其它大多数植物主要以被动方式吸收硅,但不排除具有选择性吸收硅的可能性。３硅对植物的生长发育产生影响。硅是一些植物（如禾本科植物、甜菜、木贼属植物及某些硅藻）的必需元素。硅对其它很多植物具有有益作用。硅对植物的作用主要表现在对形态结构、生理过程和抗逆能力三方面的影响上。在去硅条件下,多种植物表现出缺硅症状。４硅对植物吸收利用对其它营养元素产生影响。硅对不同元素的影响方式和程度不同,同时随着植物的生长发育,对某种元素的作用常发生变化。     

植物硅营养的研究进展

阐述了植物吸收硅的机理、硅与其它营养元素的关系及其对非胁迫和胁迫条件下植物生长发育的有益作用。植物吸收硅的机制目前尚不是很清楚,不同植物吸收硅的方式不同。硅可影响植物中其它营养元素的含量。在非胁迫条件下,硅可促进植物的生长;硅也参与了植物抗病、抗虫等生物胁迫,以及抗金属毒害、盐害、温度胁迫、干旱、抗倒伏等非生物胁迫的反应。目前,应从多种植物上深入研究硅的吸收方式与机理;同时,应该改变硅在细胞壁的沉积仅仅起增强组织机械强度作用的观点．而应从生理代谢调控的角度进行硅作用机制的研究,为生产实践中硅肥的应用奠定理论基础。     

硅在水稻生活中的作用

水稻为喜硅植物,硅是水稻生命活动中大量需要和吸收的重要元素,阐述了水稻体内硅的含量,存在形式,分布,水稻对硅的吸收,运转,硅的生理作用;硅肥及其施用与增产效果。     

植物硅营养的研究进展

阐述了植物吸收硅的机理、硅与其它营养元素的关系及其对非胁迫和胁迫条件下植物生长发育的有益作用 .植物吸收硅的机制目前尚不是很清楚 ,不同植物吸收硅的方式不同 .硅可影响植物中其它营养元素的含量 .在非胁迫条件下 ,硅可促进植物的生长 ;硅也参与了植物抗病、抗虫等生物胁迫 ,以及抗金属毒害、盐害、温度胁迫、干旱、抗倒伏等非生物胁迫的反应 .目前 ,应从多种植物上深入研究硅的吸收方式与机理 ;同时 ,应该改变硅在细胞壁的沉积仅仅起增强组织机械强度作用的观点 ,而应从生理代谢调控的角度进行硅作用机制的研究 ,为生产实践中硅肥的应用奠定理论基础     

植物体有益元素硅的研究进展

本文根据植物有益元素硅的一些研究现状,详细地论述了硅在植物体内的含量,分布及影响因素,植物对硅的吸收及运输,硅元素的生理功能以及与其它元素间的相互关系。提出了对植物硅元素研究和硅肥工业发展的一些个人看法。     

植物硒吸收转化机制及生理作用研究进展

硒是大多微生物、动物及人类的必要微量元素,但其在植物生长发育中的生理作用至今存在争议.较低浓度硒具有促进植物生长、提高植物耐受能力的功能,而大部分植物在高浓度下表现出中毒现象.随着人类对摄入硒及环境硒污染问题的认识加深,作物硒生物强化与硒污染植物修复问题引起重视,推动了对硒在植物中的吸收积累及代谢调控的研究.近年来对植物硒吸收及转化的研究表明,不同硒水平下植物对硒吸收积累及生理响应存在差异,土壤环境因素对植物硒吸收及转化具有重要影响,对高聚硒植物硒代谢研究逐渐揭示出硒在植物体内的转化过程和调控机理等.本文总结了目前硒生物强化与植物修复方面的研究进展,对环境中硒分布特点、植物硒吸收及其影响因素、植物体内硒转化及其过程调控关键酶,以及硒在植物中的生理作用等进行了综述,并对植物硒生理及分子机制未来研究方向进行展望.     

高等植物中硅元素的生理效应及其在农业生产中的应用

就高等植物中硅元素的含量,形态与分布,高等植物对硅的吸收与运输,施硅与植物生长发育,矿质营养状况和抗裂能力的关系,以及硅肥在农业生产上的应用作了概述。     

硅在植物体内的分布和吸收及其在病害逆境胁迫中的抗性作用

硅在地壳中含量位居第二位,尽管还没有被列为植物生长的必需营养元素,但它在促进植物生长发育和营养吸收、提高植物对非生物逆境胁迫和生物逆境胁迫的抗性等方面都具有重要作用。综述了近些年来国内外关于硅在植物体内的分布、吸收及其生理效应,重点介绍了硅在病害逆境胁迫中的抗性作用机理。高等植物以单硅酸[Si(OH)4]的形式吸收硅,存在硅的主动吸收和被动吸收机制。硅主要沉积在叶片及叶鞘表皮细胞,形成硅化细胞和角质-硅双层结构,能增强寄主植物细胞壁的机械强度和稳固性,从而延缓和抵御病菌的侵入和扩展。更多的证据表明,硅处理能增加植物叶片保护酶(过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶等)活性和诱导寄主产生次生代谢抗性物质(如植保素、多酚类化合物、木质素),从而激活植物的防御系统,增强对病原菌的抵抗能力。分子水平上的研究显示,硅能诱导与植物防御机制相关的基因表达,参与抗病信号分子(如水杨酸、茉莉酸和乙烯)在信号传导中的作用。     

拟南芥COPT家族蛋白研究进展

铜(Cu)是植物必需的微量元素, 作为多种酶的辅因子参与许多植物生理生化反应。Cu缺乏和过量均影响植物正常生长发育, 因此植物进化出精妙复杂的调控网络来严格控制植物体内的Cu含量。植物Cu转运蛋白COPT家族成员与Cu有很高的亲和力, 能够调节植物对Cu的吸收和转运, 在维持植物体内Cu稳态平衡过程中发挥重要作用。COPT蛋白涉及不同的Cu转运功能, 如从外界环境中摄取Cu、从细胞器中输出Cu、长距离运输Cu以及在不同器官间动用和再分配Cu。此外, COPT蛋白在其它离子的稳态平衡维持、昼夜节律性生物钟调控、植物激素合成和植物对激素信号的感受过程中也发挥重要作用。该文综述了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) COPT家族各成员的表达和定位、调控机制以及生物学功能等方面的最新进展。     

拟南芥COPT家族蛋白研究进展

铜(Cu)是植物必需的微量元素, 作为多种酶的辅因子参与许多植物生理生化反应。Cu缺乏和过量均影响植物正常生长发育, 因此植物进化出精妙复杂的调控网络来严格控制植物体内的Cu含量。植物Cu转运蛋白COPT家族成员与Cu有很高的亲和力, 能够调节植物对Cu的吸收和转运, 在维持植物体内Cu稳态平衡过程中发挥重要作用。COPT蛋白涉及不同的Cu转运功能, 如从外界环境中摄取Cu、从细胞器中输出Cu、长距离运输Cu以及在不同器官间动用和再分配Cu。此外, COPT蛋白在其它离子的稳态平衡维持、昼夜节律性生物钟调控、植物激素合成和植物对激素信号的感受过程中也发挥重要作用。该文综述了模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana) COPT家族各成员的表达和定位、调控机制以及生物学功能等方面的最新进展。     

硅缓解植物镉毒害的生理生态机制

镉是对生物毒性最强的污染物之一。过量的镉能够抑制植物的生长和光合作用,干扰矿质代谢并诱发氧化胁迫。硅作为一种有益元素,主要以Si(OH)_4的形态通过主动或被动方式被植物体吸收并转运到地上部分。硅对植物镉毒害具有缓解作用,但其缓解机制在不同物种、品种或生态型之间存在显著差异,并表现出一定的硅/镉浓度依赖性。总体上可概括为避性机制和耐性机制。避性机制包括:(1)在器官水平,减少植物根系对镉的吸收及其向地上部的转运;(2)在细胞水平,增强细胞壁对镉的吸附能力,减少共质体中镉的含量。耐性机制包括:(1)诱导细胞产生小分子螯合剂,增强对镉的螯合作用,减少细胞中游离态镉的含量;(2)增强抗氧化机制,减轻氧化胁迫;(3)改善光合作用和无机营养,促进植物生长。从植物对硅的吸收和转运、镉对植物的毒害作用以及硅对缓解植物镉毒害的生理生态机制3个方面进行了综述,并基于目前的研究现状和薄弱之处,对今后的研究重点进行了展望。     

黄瓜中硅的生理功能及转运机制研究进展

硅是植物体的重要组成部分,尽管硅尚未被列为植物生长的必需元素,但它在促进植物生长发育、提高作物对非生物逆境（干旱、盐分和重金属等）和生物逆境（病虫害）抗性等方面都具有重要作用。硅不仅能改善植株对矿质营养的吸收,提高作物产量和品质,而且能沉积在叶片及叶鞘表皮细胞,形成硅化细胞和角质双硅层结构,增强寄主植物细胞壁的机械强度和稳固性,从而增强植物对真菌侵入和扩展的抵御能力,提高植物对金属离子毒害的抗性、缓解盐胁迫、增强抗高低温和抗紫外线辐射等。本文在植物硅素营养和转运机制研究的基础上,对硅素营养在黄瓜中生长发育、抗逆和吸收转运机制等方面的效应做了相关综述,并展望了黄瓜中硅研究的未来发展。     

Plant Root Responses to Three Abundant Soil Minerals: Silicon,Aluminum and Iron

Silicon (Si), aluminum (Al), and iron (Fe) are the three most abundant minerals in soil; however, their effects on plants differ because they are beneficial, toxic, and essential to plant growth, respectively. High accumulation of silicon in the shoots helps some plants to overcome a range of biotic and abiotic stresses. However, plants vary in their ability to take up Si from the soil and load it into the xylem and so the accumulation of silicon varies greatly between plant species. Aluminum toxicity is characterized by a rapid inhibition of root elongation but some species and even genotypes within species can tolerate Al toxicity better than others. While the mechanisms controlling this tolerance in most of the more resistant species are poorly understood, some plants are able to detoxify Al externally and/or internally by complexation with ligands or by pH changes in the rhizosphere. Iron is taken up from the soil by two efficient mechanisms called Strategy I and Strategy II, which operate in distinct phylogenic groups. Strategy I plants increase soil Fe solubility by releasing protons and reductants/chelators, such as organic acids and phenolics, into the rhizosphere, while Strategy II plants are characterized by the secretion of ferric chelating substances (phytosiderophores) coupled with a specific Fe³⁺: chelate uptake system. In this review, the molecular mechanisms underlying root response to Si, Al, and Fe are described.

     

Silicon supply modifies C:N:P stoichiometry and growth of Phragmites australis

Silicon is a non-essential element for plant growth. Nevertheless, it affects plant stress resistance and in some plants, such as grasses, it may substitute carbon (C) compounds in cell walls, thereby influencing C allocation patterns and biomass production. How variation in silicon supply over a narrow range affects nitrogen (N) and phosphorus (P) uptake by plants has also been investigated in some detail. However, little is known about effects on the stoichiometric relationships between C, N and P when silicon supply varies over a broader range. Here, we assessed the effect of silicon on aboveground biomass production and C:N:P stoichiometry of common reed, Phragmites australis, in a pot experiment in which three widely differing levels of silicon were supplied. Scanning electron microscopy (SEM) showed that elevated silicon supply promoted silica deposition in the epidermis of Phragmites leaves. This resulted in altered N:P ratios, whereas C:N ratios changed only slightly. Plant growth was slightly (but not significantly) enhanced at intermediate silicon supply levels but significantly decreased at high levels. These findings point to the potential of silicon to impact plant growth and elemental stoichiometry and, by extension, to affect biogeochemical cycles in ecosystems dominated by Phragmites and other grasses and sedges.     

Silicon uptake and accumulation in higher plants

Silicon (Si) accumulation differs greatly between plant species because of differences in Si uptake by the roots. Recently, a gene encoding a Si uptake transporter in rice, a typical Si-accumulating plant, was isolated. The beneficial effects of Si are mainly associated with its high deposition in plant tissues, enhancing their strength and rigidity. However, Si might play an active role in enhancing host resistance to plant diseases by stimulating defense reaction mechanisms. Because many plants are not able to accumulate Si at high enough levels to be beneficial, genetically manipulating the Si uptake capacity of the root might help plants to accumulate more Si and, hence, improve their ability to overcome biotic and abiotic stresses.     

大气NO2影响植物生长与代谢的研究进展

二氧化氮(NO₂)是大气氮氧化物之一,是大气气溶胶颗粒形成的主要成分,降低大气NO₂浓度可减轻空气中的雾霾.大气NO₂通过干沉降和湿沉降两种方式降落到植物叶片.植物吸收NO₂后主要通过两种代谢途径来降低空气中NO₂浓度: 一是主要在细胞质和叶绿体中利用还原酶的氮代谢途径,二是在质外体和细胞质中的歧化反应.植物吸收NO₂干扰了植物正常的生长和生理代谢,包括: 植物营养和生殖生长,植物体内硝酸还原酶(NaR)活性、亚硝酸还原酶(NiR)活性、氮素吸收、光合等生理代谢过程.对目前国内外有关大气NO₂影响植物生长与代谢的研究进展进行了综述,并对植物吸收NO₂的生理及分子机制的未来研究方向进行了展望.     

大气NO2影响植物生长与代谢的研究进展

二氧化氮(NO₂)是大气氮氧化物之一,是大气气溶胶颗粒形成的主要成分,降低大气NO₂浓度可减轻空气中的雾霾.大气NO₂通过干沉降和湿沉降两种方式降落到植物叶片.植物吸收NO₂后主要通过两种代谢途径来降低空气中NO₂浓度: 一是主要在细胞质和叶绿体中利用还原酶的氮代谢途径,二是在质外体和细胞质中的歧化反应.植物吸收NO₂干扰了植物正常的生长和生理代谢,包括: 植物营养和生殖生长,植物体内硝酸还原酶(NaR)活性、亚硝酸还原酶(NiR)活性、氮素吸收、光合等生理代谢过程.对目前国内外有关大气NO₂影响植物生长与代谢的研究进展进行了综述,并对植物吸收NO₂的生理及分子机制的未来研究方向进行了展望.     

Application of silicon sources increases silicon accumulation in perennial ryegrass turf on two soil types

This study investigated the ability of perennial ryegrass to accumulate silicon and the factors that may influence plant silicon accumulation. Plants were grown in the greenhouse in two soil types, peat:sand mix and Hagerstown-silt-loam, amended with two commercially available sources of silicon, calcium silicate slag and wollastonite at 0, 0.5, 1, 2, 5 and 10 t/ha. Shoot tissue of nine-week-old perennial ryegrass plants was analyzed for silicon content (%) and found to reach a dry matter concentration of up to 4% in this study. Silicon accumulation in perennial ryegrass was influenced by the soil type and source, and was higher in plants grown in low-silicon peat:sand mix compared to Hagerstown-silt-loam. Silicon content (%) in the plants consistently increased with increasing rates of silicon in all four soil and source combinations. Acetic acid (HAc) extractable silicon and Ca increased in both soil types when amended with either of the silicon sources. Effects of silicon sources on soil pH varied with soil type. This study indicates that soil type, source of silicon, and rate of silicon application are important factors influencing the uptake of silicon by perennial ryegrass which is a widely used turfgrass species in golf courses, sports fields, and residential lawns in the United States.