《Scientia Horticulturae》：Silicon mitigates copper toxicity of
Citrus sinensis (L.) by improving nutrient status, root development, photosynthetic performance and antioxidant response
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本研究针对中国柑橘果园因土壤酸化和不合理铜制剂使用导致的铜毒害问题，探讨了硅（Si）对甜橙（Citrus sinensis）铜毒害的缓解效应及机制。通过设置不同Cu（0.5/300 μM）与Si（0/1/3/5 mM）浓度组合处理，发现适量Si（尤其3 mM）可通过降低Cu转运、维持养分稳态、改善光合性能及激活抗氧化防御系统，有效缓解300 μM Cu胁迫对甜橙生长的抑制。该研究为南方酸化果园铜污染治理提供了理论依据与硅肥施用策略。
在中国南方广袤的柑橘种植区，果农们常年面临着一个隐形威胁：果园土壤的持续酸化与铜元素的不断累积。作为世界最大的柑橘生产国，中国2022年柑橘产量已达6004万吨，但繁荣产业背后隐藏着严峻挑战。过量施用氮肥导致土壤pH值持续下降，而酸性环境显著提高了土壤中有效铜的活性。更棘手的是，为防治热带亚热带地区高发的真菌病害，波尔多液等含铜杀菌剂被广泛使用，进一步加剧了土壤铜污染。当铜含量超出植物需求范围，这些必需微量元素就会转化为"毒药"，抑制根系发育、破坏叶绿素合成、引发氧化应激，最终导致果树生长受阻、品质下降。
为破解这一难题，福建农林大学资源与环境学院的研究团队将目光投向地壳中含量第二的元素——硅。虽然硅在禾本科作物抗逆性研究中有较多积累，但木本果树特别是柑橘对硅的响应机制仍不明确。研究人员以雪柑（Citrus sinensis (L.) Osbeck）实生苗为材料，在《Scientia Horticulturae》发表论文，系统揭示硅缓解柑橘铜毒害的生理机制。
研究团队采用沙培实验，设置8个处理组合（2个铜水平×4个硅水平），通过测定生物量、元素分布、根系构型、光合参数及抗氧化指标等20余项指标，构建多维度评价体系。关键技术包括：原子吸收光谱法测定矿质元素、Li-6400XT光合仪监测气体交换、Handy PEA叶绿素荧光仪分析光系统性能，以及抗氧化酶活性生化检测。
3.1 硅促进铜胁迫下甜橙生物量积累
300 μM铜胁迫使甜橙地上部和根部生物量分别降低53.6%和38.3%，而添加1-5 mM硅可显著逆转此效应。其中3 mM硅处理效果最显著，使地上部生物量增加36.6%，根部增加40.6%（图1）。
3.2 硅调控铜硅转运分配
铜胁迫下，甜橙叶片和根部铜含量分别增加11.6倍，硅添加呈剂量依赖性降低铜积累。5 mM硅使叶片铜含量降低67.9%，根部降低59.2%。同时硅转运系数（TFSi）在3-5 mM硅处理下显著提升（图2）。
3.3 硅改善根系构型参数
铜胁迫导致总根长、根表面积、根体积分别降低11.7%、46.7%和显著幅度，根尖数和分叉数减少16.2%和55.8%。3 mM硅处理使这些参数回升21.6%-65.3%，特别是根表面积和根体积分别增加36%和50.6%（图3）。
3.4 硅维持矿质养分稳态
相关性分析显示，叶片铜含量与氮、钙、铁含量呈显著负相关，与锌含量正相关。硅处理通过提升NPK（氮磷钾）等大量元素和铁锰等微量元素含量，重建养分平衡。例如3 mM硅使叶片氮、磷、钾含量分别增加37.7%、15.1%和6.1%（图4-6）。
3.5 硅修复光合系统功能
铜胁迫导致叶绿素a、b含量下降66.8%和74.1%，3 mM硅处理使其恢复131%和190%。同时光合速率（PN）、气孔导度（gs）和PSII最大光化学效率（Fv/Fm）等参数均得到显著改善（图7-9）。
3.6 硅激活抗氧化防御系统
铜胁迫提高丙二醛（MDA）含量，而硅处理通过调控超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（GuPX）和过氧化氢酶（CAT）活性减轻氧化损伤。其中根部SOD活性在硅处理后提升显著（图10）。
本研究首次系统证实硅可通过多重生理途径缓解木本果树铜毒害：在细胞水平减少铜向地上部转运，在组织水平改善根系构型增强吸收能力，在器官水平通过调节养分平衡和抗氧化系统维持代谢稳态。研究明确3 mM为甜橙铜毒缓解的最适硅浓度，为铜污染果园的硅肥施用提供了精准指导。未来研究可聚焦硅介导的细胞壁铜固定机制及田间成龄果树的验证试验，推动实验室成果向果园实践的转化。
