全 文 ：
王海红，祝鹏飞，束良佐，周秀杰. 硅对低温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响[J]. 生态科学, 2011. 30(1)：38-42
WANG Hai-hong, ZHU Peng-fei, SHU Liang-zuo,
，
ZHOU Xiu-jie. Effects of silicon on growth of cucumber seedlings under low
temperature stress [J]. Ecological Science, 2011. 30(1)：38-42
硅对低温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

王海红，祝鹏飞，束良佐，周秀杰
淮北师范大学生命科学学院，资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽 淮北 235000
【摘要】采用砂基培养的方法，研究硅对低温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响。结果表明加硅处理能使低温胁迫下的黄瓜幼苗超氧
化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性显著升高；丙二醛（MDA）含量和超氧阴离子自由基（ ）产生速率显著下降,
叶片质膜透性降低；硅提高了低温胁迫下黄瓜幼苗的可溶性蛋白质和叶绿素含量、叶绿素a/b比值及植株生物量。因此，硅可以
减弱低温胁迫对黄瓜幼苗的伤害。
关键词：硅；低温胁迫；黄瓜幼苗；膜脂过氧化；保护酶
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2011.01.007 中图分类号：Q945.78 S123 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2011)01-038-05

Effects of silicon on growth of cucumber seedlings under low temperature stress
WANG Hai-hong, ZHU Peng-fei, SHU Liang-zuo,
，
ZHOU Xiu-jie
School of Life Sciences, Huaibei Normal University, Key laboratory of Plant Resources and Biology of Anhui Province, Huaibei, Anhui
235000, P.R.China
Abstract: Effects of silicon on growth of cucumber seedlings under low temperature stress were studied through sand culture experiment.
The results showed that, compared to the cucumber seedlings grown without silicon addition under low temperature stress, the activities
of superoxide dismutase (SOD), peroxidase(POD) in leaves and roots were significantly increased by silicon treatment. However, the
content of malondialdehyde (MDA) and the producing rate of superoxide radical( ) in silicon-treated seedlings were markedly
decreased as compared to the control. The relative plasma membrane permeability reduced in silicon-treated seedlings. The content of
protein, chlorophyll, chlorophyll a/b ratio and fresh weight of maize seedlings were also increased by silicon addition under low
temperature stress. Thus, the damage by low temperature stress on cucumber seedlings could be alleviated by silicon addition.
Key words: silicon; low temperature stress; cucumber seedlings; membrane lipid peroxidation; protective enzymes



收稿日期：2010-06-24 收稿，2011-01-20 接受
基金项目：安徽省教育厅自然科学基金项目（2006KJ191B）资助
作者简介：王海红（1983—），女，河北涿鹿人，硕士研究生，研究方向为环境植物学。E-mail:waitwish99@163.com
*通讯作者：束良佐（1969—），男, 安徽芜湖人，博士，教授，硕士生导师，从事植物营养学与环境植物学研究。E-mail:shulz69@163.com
第 30 卷 第 1 期 生 态 科 学 30(1): 38-42
2011 年 2 月 Ecological Science Feb. 2011

万方数据

1 引言 (Introduction)

近年来，设施农业在我国得到了迅速发展，改善
了蔬菜的反季节供应。黄瓜(Cucumis sativus L.)是设
施栽培以及人们日常饮食中重要的蔬菜种类。然而黄
瓜是典型的冷敏感型植物，生长期间易受低温冷害，
尤其是设施越冬栽培，常会因冷害而造成黄瓜减产、
延迟收获，甚至绝收[1]。在生理机制方面，低温胁迫
下，植物（黄瓜）体内保护酶活性降低，自由基平衡
受到破坏，膜脂过氧化作用加剧，膜脂相变以及叶绿
体超微结构与光合特性发生变化[1-6]。如何增强黄瓜
冬春季栽培中抗低温胁迫的能力是设施蔬菜生产中
需迫切研究解决的问题。目前的研究主要集中于农艺
栽培措施和选育抗性品种[7]。而对于低温胁迫下，通
过对植物的营养调控达到增强黄瓜等设施栽培中作
物的抗性及其抗性机制的研究较少。
近年来，在植物营养生理学研究中，硅的生理功
能不断被发现。硅是某些植物生长的有益元素，能改
善许多植物的生长，如硅能增加水稻、小麦、黄瓜等
作物的产量；硅能减轻重金属铁、锰、铝等的毒害作
用；硅能提高植物的抗盐性；提高植株对病虫害、倒
伏、干旱、紫外线伤害以及高温的抗性[8-14]。其作用
机制涉及到硅可在植株细胞壁中沉积，提高抗性，也
有可能由于硅可增强保护酶活性，影响气孔的大小、
密度和叶绿体结构，改善叶片张角及个体与群体的光
合性能等[8-14]。
在硅增强植物抗冷害能力方面，只有极个别的报
道[15]，但对于硅如何提高植物抗冷性的机制方面却
缺少研究。硅对于黄瓜是有益元素，能促进其生长及
增强对多种逆境的抗性[9,11,13]。然而硅能否增强黄瓜
抗低温的能力以及其机制，目前尚无文献报道。本文
以黄瓜为材料，从黄瓜幼苗叶片和根系的膜脂过氧化、
膜保护酶及生长等方面，揭示硅对低温胁迫下黄瓜植
株生长的影响，以期在注重理论创新的同时又可指导
农业生产实践。

2 材料与方法（Materials and methods）

2.1 材料培养
供试黄瓜品种为“津春四号”。种子先用 0.1%
HgCl2 消毒 10 min，再分别用清水和蒸馏水冲洗 8
次。在 25°C 条件下浸种 6 h 后，将其播种到培养
皿中催芽 2d，然后挑选发芽一致、大小均一的种子
播种在内盛砂基的培养杯中，浇入 1/2 完全营养液，
当第一片真叶完全展开后开始浇完全营养液，营养
液的成分参考张志良和瞿伟箐的方法进行设置[16]。
试验设加硅和不加硅两个处理：（1）加硅处理的营养
液中含 1.7mmol•L-1 的 Na2SiO3；（2）不加硅处理的
营养液中加入 3.4 mmol•L-1 的 NaCl 以平衡钠离子，
其它成分相同。每个处理十四杯重复。材料培养一个
月后，模拟低温（黑夜 8°C，白天 15°C）处理，待
低温处理七天后，取黄瓜的叶片和根系开始测定各种
生理指标。

2.2 指标测定
2.2.1 SOD、POD 活性的测定
SOD 采用 NBT 光化还原法，以抑制 NBT 光化
还原 50%的酶量为一个酶活力单位[17]；POD 采用愈
创木酚法，以 5 min 内平均每分钟 OD 变化值表示酶
活性大小[16]，以△OD•min-1•g-1 Fw 表示。
2.2.2 丙二醛含量、超氧阴离子自由基产生速率测定
分别称取黄瓜叶片和根 1.0 g，采用改进的硫代
巴比妥酸显色法测定丙二醛（MDA）含量；超氧阴
离子自由基（ ）产生速率测定采用羟胺氧化法[18]，
单位以 nmol •min-1•g-1 FW 表示。
2.2.3 质膜透性测定
以电解质渗出率（%）表示，采用电导仪法：称
取植物叶片 0.5 g，打孔，取 15 片放入锥形瓶中后，
往其中加入 20 mL 蒸馏水，用注射器抽真空，并用
蒸馏水定体积到 40 mL后放在摇床上振荡 3 h测其电
导率值，然后放在煮沸的水浴锅中煮沸 20 min，冷却
后用蒸馏水定体积至 40 mL 后测其电导率，其公式
为：电解质渗出率（%）=[（处理电导率值-本底电导
率值）/（处理煮沸后电导率值-本底电导率值）]*100%
2.2.4 叶片叶绿素、可溶性蛋白质含量测定
采用无水乙醇和丙酮等体积混合液提取叶片
中的叶绿素，分光光度法测定，计算叶片中叶绿素
的含量。可溶性蛋白质含量用考马斯蓝 G-250 染色
法[18]。
2.2.5 植株鲜重
分别收获根系及地上部分，称重。

2.3 数据统计
试验数据采用 Microsoft Excel 软件进行数据处
理及绘图，用软件 SPSS13.0 进行数据统计及显著性
检验（t 检验）。
1 期 王海红，等. 硅对低温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响 39

万方数据

3 结果与分析（Results and analysis）

3.1 硅对低温胁迫下黄瓜幼苗保护酶活性的影响
SOD和POD是植物体内的两大保护酶, 其活性
对环境胁迫较敏感。低温胁迫下，加硅处理的黄瓜叶
片中SOD、POD活性都显著高于不加硅处理的植株
（图1～2），其体内（叶片和根系平均值）SOD、POD
活性分别比不加硅处理的植株提高了25.1%、48.1%。


图1 低温胁迫下硅对黄瓜幼苗SOD活性的影响
Fig 1 Effect of silicon on activity of SOD of cucumber
seedlings under low temperature stress
注：不同小写字母表示处理间差异显著(α<0.05)，下同。
Note: Different lower case letters denote significant difference
between treatments (α<0.05). The same as below.


图 2 低温胁迫下硅对黄瓜幼苗 POD 活性的影响
Fig 2 Effect of silicon on activity of POD of cucumber
seedlings under low temperature stress
3.2 硅对低温胁迫下黄瓜幼苗 MDA 含量、 产生
速率及质膜透性的影响
正常情况下, 细胞内自由基的产生与清除处于
动态平衡之中, 一旦这种平衡受到破坏, 自由基积
累, 就会使膜透性增加, 脂质过氧化, 离子渗漏,
严重时则导致植物死亡[19,20]。从图3～5可以看出，低
温胁迫下，加硅处理使植株体内MDA含量、 产
生速率和质膜透性降低。


图 3 低温胁迫下硅对黄瓜幼苗 MDA 含量的影响
Fig 3 Effect of silicon on content of MDA in cucumber
seedlings under low temperature stress


图 4 低温胁迫下硅对黄瓜幼苗超氧阴离子自由基产生速率的
影响
Fig 4 Effect of silicon on producing rate of in cucumber
seedlings under low temperature stress

图5 低温胁迫下硅对黄瓜幼苗质膜透性的影响
Fig 5 Effect of silicon on the plasma membrane permeability
of cucumber seedlings under low temperature stress
0
50
100
150
200
250
300
350
叶 leaf 根 root
S
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D
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加硅With Si
不加硅Without Si
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60
80
100
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2
3
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加硅With Si
不加硅Without Si
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加硅With Si
不加硅Without Si
a
b
a
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a
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40 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

b
b
万方数据

表 1 硅对低温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素、可溶性蛋白质及鲜重的影响
Tab 1 Effects of silicon on content of chlorophyll, protein, chlorophyll a/b ratio and fresh weight of cucumber seedlings under low
temperature stress
处理
Treatment
叶绿素含量
Content of chlorophyll
(mg•g-1FW)
叶绿素 a/b
Chlorophyll a/b
ratio
可溶性蛋白含量
Content of soluble protein(mg•g-1 FW)
植株鲜重
Fresh weight
(g FW)
叶片
Leaf
根系
Root
加硅 With Si 0.751±0.034 a 3.693±0.254 a 76.23±3.037 a 18.87±2.396 a 9.122±0.246 a
不加硅 Without Si 0.641±0.016 b 3.008±0.061 b 35.67±1.764 b 13.20±0.945 b 7.605±0.096 b

3.3 硅对低温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素含量，可溶性蛋
白质及植株鲜重的影响
叶绿素a/b的比值是衡量逆境伤害程度的重要指
标之一[21]。表1表明，低温胁迫下，加硅处理的植株
叶片中叶绿素含量及叶绿素a/b比值显著高于不加硅
处理；加硅处理显著提高了植株叶片和根系中可溶性
蛋白的含量，而且加硅处理的植株鲜重显著增加。

4 讨论与结论（Discussion and Conclusion）

在环境胁迫条件下，自由基积累，对植物细胞产
生伤害，导致膜脂过氧化作用，细胞膜透性发生破坏，
MDA含量增加，电解质渗出率升高。MDA是膜脂过
氧化分解的主要产物，MDA的积累能对膜和细胞造
成进一步的伤害。MDA和细胞质膜透性的变化可作
为膜脂过氧化伤害的指标，反应逆境对植物伤害的程
度[22]。而植物细胞内部存在清除氧自由基的SOD、
POD等酶促保护系统。酶保护系统中，SOD能够歧化
为O2和H2O2 (2 +4H
+
→H2O2 + O2)，能有效
地阻止活性氧在植物体内的积累，排除活性氧对细胞
潜在伤害的可能性。而POD则催化H2O2形成H2O。
SOD、POD的协同作用可降低氧自由基的积累及阻遏
了 H2O2通过Fenton型Haber-Weiss 反应向破坏
性极强的·OH 转化[23], 从而避免或减轻了自由基对
生物大分子如核酸、蛋白质(酶) 等的降解破坏及对
生物膜的损害。所以在低温胁迫下，植物体中保护酶
活性的强弱直接关系到其抵御低温伤害的能力。本研
究表明，在低温胁迫下加硅处理使黄瓜幼苗体内MDA
含量、O²¯产生速率和质膜渗透率显著降低，SOD、POD
活性显著提高，说明硅的加入提高了低温胁迫下黄瓜
幼苗清除自由基，保护细胞膜，抵御低温伤害的能力。
叶绿体是植物光合作用的场所，也是植物体产生
活性氧的一个重要细胞器。在逆境条件下，活性氧在
细胞中的增加，必然使更多的 、H2O2等扩散到叶
绿体内，从而参与对叶绿素的降解[23]，叶绿素a又较
易降解，使叶绿素a/b 的比值降低，不利于光能向电
能的转化，而光能过剩又可诱导自由基的产生和促进
色素分子的光氧化[15,24]。因此叶绿素a/b的比值可做
为衡量逆境伤害的指标。本研究表明，在这两个处理
中，不加硅处理的黄瓜幼苗叶绿素总含量及叶绿素
a/b比值要比加硅处理的黄瓜幼苗的叶绿素总含量及
叶绿素a/b低。可见，硅可以增强低温胁迫下黄瓜幼
苗叶绿体内清除自由基、保护叶绿素的能力，从而有
利于植物光合作用和物质的合成，积累有机物，提高
植株的鲜重。

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42 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
硅对低温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响
作者： 王海红， 祝鹏飞， 束良佐， 周秀杰， WANG Hai-hong， ZHU Peng-fei， SHU Liang-zuo， ZHOU Xiu-jie
作者单位： 淮北师范大学生命科学学院,资源植物生物学安徽省重点实验室,安徽,淮北,235000
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(1)

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