全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 3期，2007年 6月 479
硅对受土壤中镉污染的白菜生长和抗胁迫能力的影响
陈翠芳 1,3,4，钟继洪 1,2,*，李淑仪 1,2
1广东省生态环境与土壤研究所，广州 510650；2广东省农业环境综合治理重点实验室，广州 510650；3中国科学院
广州地球化学研究所，广州 510640； 4中国科学院研究生院，北京 100049
提要：在土培盆栽条件下，硅可提高白菜的地上部鲜重和茎鲜重，但根鲜重下降，叶鲜重略有下降。硅可抑制白菜吸收
镉，在0.3、0.6、1.2 mg·kg-1镉水平下，施硅可显著降低白菜地上部的镉含量，并在一定程度上提高叶中过氧化物酶(POD)
活性，但降低超氧化物歧化酶(SOD)活性。0.5、1.0 g·kg-1硅可提高白菜的叶绿素含量和过氧化氢酶(CAT)活性，降低叶细
胞膜透性，从而提高其对镉胁迫的耐受力。较高的硅浓度对植物有一定的毒性，叶绿素含量和CAT活性都下降，细胞膜
透性也增加。
关键词：硅；镉；白菜；生长；抗胁迫
Effect of Silicon on Growth and Anti-stress Ability of Chinese Cabbage (Brassica
pekinensis Rupr.) in Cadmium Contaminated Soil
CHEN Cui-Fang1,3,4, ZHONG Ji-Hong1,2,*, LI Shu-Yi1,2
1Guangdong Institute of Eco-environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650, China; 2Guangdong Key Laboratory of Agro-
environment Integrated Control, Guangzhou 510650, China; 3Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences,
Guangzhou 510640, China; 4Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The result showed that silicon increased the fresh weight of Chinese cabbage (Brassica pekinensis)
shoots and stems, but decreased those of leaves and roots. Silicon significantly reduced the cadmium content
in the aerial part under 0.3, 0.6, 1.2 mg·kg-1 Cd stress. And peroxidase activity increased, but superoxide
dismutase activity decreased. At 0.5, 1.0 g·kg-1 silicon, the chlorophyll content and catalase activity promoted,
whereas the permeability of cell membrance decreased. But higher (2.0 g·kg-1) silicon had some phytotoxicity
with incidences of lower chlorophyll content and catalase activity but higher membrance permeability.
Key words: silicon; cadmium; Chinese cabbage (Brassica pekinensis); growth; anti-stress ability
收稿 2006-12-23 修定　 2007-04-17
资助　 广东省科技攻关项目(2005B20801003、2006B20601007)
和广东省农业领域重大专项( 2 0 0 3 A2 0 5 0 4 )。
* 通讯作者(E-mai l：jhzhong@soil .gd .cn；Tel：0 20 -
8 7 0 2 4 5 1 6 )。
镉(C d)是土壤中普遍存在的一类有毒重金
属，具有很强的生物毒性，对人体健康危害甚
大。因此加强土壤镉污染治理和植物或农产品镉
污染控制的研究得到了重视。有研究表明，施硅
(Si)能有效抵御植物遭受镉胁迫，提高生物学产
量，改善植物的生理生化指标，减少镉在植物体
内的吸收和积累(蔡德龙等 2000；陈秀芳等 2005；
杨超光等 2005)。此外，硅增强植物抵抗多种生
物和非生物胁迫的机制是人们关注的热点。有一
种观点认为，硅可能参与植物的生理或代谢过程
(Liang等 2003；徐呈祥等 2004；Gong等 2005；
Shi等 2005)，如施硅提高叶绿素含量，增加抗氧
化酶系的活性和抗氧化剂的含量[如超氧化物歧化
酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶
( ca ta la se，CAT)、过氧化物酶( pe rox i da se，
POD)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase，
GR)和抗坏血酸(ascorbic acid，AsA)等]，还可增
加组织中可溶性糖或蛋白质含量，减少丙二醛的
积累和质膜透性等。迄今，有关的生理研究一般
是针对盐或生物胁迫下植物施硅后的生理生化指标
变化进行的(孙万春等 2002；Zhu等 2004)，而关
于施硅影响镉胁迫下植物生理生化过程的研究较
少，其中涉及抗氧化酶活性的研究更少。因此，
有关施硅缓解植物镉毒害的生理生化影响的研究亟
待加强。本文采用白菜土培盆栽，探讨施硅对镉
污染土壤的白菜生长及其抗镉毒害的生理和抗氧化
酶活性的变化以及硅抑制白菜镉吸收的效应，以
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期能为合理利用硅元素，降低重金属污染农田中
蔬菜的镉污染，有效保障农产品的质量和食物安
全提供参考。
材料与方法
葵扇矮脚黑叶白菜(Brassica pekinensis Rupr.)
由广州长合种子有限公司生产。土壤采自广州增
城县水稻田，其 pH 为 4.74，有机质为 3.00%，
全量镉 0.070 mg·kg-1，有效镉 0.047 mg·kg-1，有
效硅 51.33 mg·kg-1。
盆栽试验于2006年5月~7月在广东省生态环
境与土壤研究所温室内进行。试验设硅和镉 2个
因素各 4个浓度水平。Na2SiO3浓度为 0 (Si0)、0.5
(Si0.5)、1.0 (Si1.0)和 2.0 g·kg-1 (Si2.0)，Cd浓度设
为 0 (Cd0)、0.3 (Cd0.3)、0.6 (Cd0.6)和 1.2 mg·kg-1
(Cd1.2)，4次重复，完全随机区组设计。基肥每
千克土施尿素 0.332 g、磷酸二氢钾 0.288 g和氯
化钾 0.159 g，折合成 N 0.15 g·kg-1、P2O5 0.15
g· kg - 1 和 K 2O 0 . 2 0 g · kg - 1。基肥、N a 2S i O 3
(Na2SiO3·9H2O)和 Cd (2CdCl2·5H2O)以固体形式加
入土壤中并充分混匀，每塑料盆(40 cm×30 cm×14
cm)装土 9 kg，加入去离子水，土壤含水量保持
为田间持水量的 60%~70%，平衡 1周后移栽苗龄
达 3 周的白菜，每盆种 6 株。
白菜生长 55 d后收获，收获前 1周开始测定
各项指标，收获当天测定地上部和地下部的鲜
重，SOD活性测定用氮蓝四唑法(李合生 2001) ；
POD活性测定用愈创木酚法(李合生 2001) ；CAT
活性测定用紫外吸收法(邹琦 2000) ；叶细胞膜透
性测定参照关军锋(1999)和谈建康等(1998)文中的
方法；叶绿素测定用叶绿素测定仪(Konic Minolta
SPAD-502)直接测定读取SPAD值；植株镉含量测
定用石墨炉原子吸收光谱法(中华人民共和国卫生
部1996)，样品经混合酸消解后上石墨炉原子吸收
分光光度计(AAS ZEEnit 60)测定，试验全程以国
家标准物质杨树叶(GBW07604)作质量监控，加标
回收率 100.47%。
用 SPSS 11.5软件进行数据的统计分析。
结果与讨论
1 硅对镉污染下白菜生长的影响
从表 1可见，(1)白菜的地上部鲜重随着镉浓
度的增大而下降，表明镉污染程度加重的土壤对
白菜的生长不利，但施硅可在一定程度上提高白
表 1 硅对镉污染下白菜鲜重的影响
Table 1 Effects of silicon on fresh weight of Chinese cabbage under Cd contamination
处理 地上部鲜重 /g·株 -1 叶鲜重 /g·株 -1 茎鲜重 /g·株 -1 茎鲜重升高率 /% 根鲜重 /g·株 -1 根鲜重降低率/%
　Cd0 Si0 52.95a 29.15a 23.80b 0 1.43a 0
Si0.5 56.33a 29.00a 27.33a 14.83 0.97ab -32.17
Si1.0 56.30a 28.35a 27.95a 17.44 0.96ab -32.87
Si2.0 58.36a 28.03a 30.33a 27.44 0.76b -46.85
　Cd0.3 Si0 55.28a 30.55a 24.73a 0 1.13a 0
Si0.5 55.60a 29.20a 26.40a 6.75 1.04a -7.96
Si1.0 55.48a 28.35a 27.13a 9.70 0.86a -23.89
Si2.0 54.88a 26.28a 28.60a 15.65 0.64a -43.36
　Cd0.6 Si0 47.13a 29.05a 18.08b 0 1.16a 0
Si0.5 49.35a 28.05a 21.30b 17.81 1.08a -6.90
Si1.0 54.45a 28.05a 26.40ab 46.02 1.08a -6.90
Si2.0 53.75a 26.35a 27.38a 51.44 0.96a -17.24
　Cd1.2 Si0 46.60a 28.45a 18.15c 0 1.19a 0
Si0.5 53.51a 27.93a 25.58b 40.94 1.05a -11.76
Si1.0 54.30a 25.55a 28.75ab 58.40 0.77a -35.29
Si2.0 56.56a 24.73a 31.83a 75.37 0.76a -36.13
　　数据为 4 次重复的平均值；不同小写英文字母表示在同一镉水平下，不同硅浓度处理间的 LSD 差异显著性(P< 0.0 5)；升高率
和降低率为在同一镉水平下，施硅处理比不施硅处理升高或降低的比率。下表同此。
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菜的地上部鲜重，且白菜生物产量随着施硅量的
加大而逐渐增大。(2)施硅对白菜不同部位鲜重的
影响有异：施硅显著增加茎鲜重，在较高程度
(0.6、1.2 mg·kg-1)的土壤镉污染下，施较高量(2.0
g·kg-1)硅促进茎生长的效果最佳；白菜叶片鲜重
降低，但降幅较为平缓，不足 14 %；而施硅则
会抑制根鲜重，并随着施硅量的增加而逐渐下
降。(3)施硅可促进白菜地上部的生长，但对其根
系的生长不利，这可能与施硅带入的钠离子对根
所产生的盐害有关。
2 硅对白菜地上部吸收镉的抑制效应
由表 2可知，在相同硅水平下，镉在白菜地
上部的累积含量与镉浓度密切相关，其随着镉水
平的增加而急剧上升。施硅显著削弱镉污染的土
壤上白菜的地上部对镉的吸收和累积，在较高
(0.6、1.2 mg·kg-1)镉水平下，施硅显著降低地上
部的镉含量；0、0.3 mg·kg-1的镉水平下施用高
量(2.0 g·kg-1)硅抑制镉吸收的效果显著，而施用较
低量(0.5、1.0 g·kg-1)硅的抑制不显著。
表 2 硅对镉污染下白菜地上部吸收镉含量的影响
Table 2 Effects of silicon on Cd content of Chinese cabbage
shoots under Cd contamination
地上部的镉含量 /mg·kg-1
Na2SiO3浓度 /g·kg-1
Cd0 Cd0.3 Cd0.6 Cd1.2
0 0.043a 0.477a 1.049a 1.840a
0.5 0.039a 0.338ab 0.748b 1.071b
1.0 0.032a 0.268ab 0.482bc 0.816b
2.0 0.027a 0.143b 0.212c 0.457c
3 硅对镉污染下白菜的几种生理生化指标的影响
表 3~5显示：(1)在较低(0、0.3、0.6 mg·kg-1)
镉浓度下，适量(0.5、1.0 g·kg-1)硅可在一定程度
上提高白菜叶绿素含量，但较高量(2.0 g·kg-1)硅则
降低叶绿素含量；较高(1.2 mg·kg-1)镉水平下，施
硅降低白菜的叶绿素含量，叶绿素含量随着硅的
增加而递减(表 3)。
(2)随着镉浓度的提高，叶细胞膜受损伤程度
加剧，电解质外渗率增大；但不同镉浓度范围
内，适量施外源硅可在一定程度上降低白菜叶细
胞质膜透性，但施用较高量(2.0 g·kg-1)硅，质膜
透性则增大(表 4)。这与高柳青和杨树杰(2004)在
小麦中的结果一致。
表 3 硅对镉污染下白菜叶绿素含量的影响
Table 3 Effects of silicon on chlorophyll content of Chinese
cabbage leaves under Cd contamination
叶绿素含量(SPAD值)
Na2SiO3浓度 /g·kg-1
Cd0 Cd0.3 Cd0.6 Cd1.2
0 45.0b 49.7a 47.8a 47.8a
0.5 48.9a 50.7a 48.7a 47.0a
1.0 49.9a 50.3a 49.4a 45.9a
2.0 49.1a 47.4a 47.4a 45.2a
表 4 硅对镉污染下白菜叶片相对电导率的影响
Table 4 Effects of silicon on leaf relative conductivity of
Chinese cabbage under Cd contamination
相对电导率 /%
Na2SiO3浓度 /g·kg-1
Cd0 Cd0.3 Cd0.6 Cd1.2
0 15.05a 15.37a 16.06a 18.53a
0.5 14.83a 14.73a 15.58a 17.17a
1.0 13.94a 14.41a 15.21a 16.89a
2.0 16.52a 16.47a 17.41a 19.46a
表 5 硅对镉污染下白菜 SOD、CAT和 POD活性的影响
Table 5 Effects of silicon on SOD, CAT and POD activities
of Chinese cabbage under Cd contamination
　
处理 SOD活性 / CAT活性 /
POD活性 /
U·g-1 (FW) U·g-1 (FW)·min-1 U·g-1 (FW)·min-1
　Cd0 Si0 63.78a 32.25a 190a
Si0.5 55.11a 32.25a 248a
Si1.0 54.60a 32.83a 280a
Si2.0 48.47a 31.00a 285a
　Cd0.3 Si0 44.46a 32.50a 305a
Si0.5 44.22a 32.56a 310a
Si1.0 44.17a 33.69a 314a
Si2.0 41.26a 32.00a 357a
　Cd0.6 Si0 44.17a 31.50a 333a
Si0.5 44.09a 32.67a 352a
Si1.0 43.00a 33.42a 360a
Si2.0 40.48a 30.94a 375a
　Cd1.2 Si0 44.16a 31.44a 342a
Si0.5 41.70a 32.25a 346a
Si1.0 41.35a 33.31a 332a
Si2.0 38.14a 30.06a 328a
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(3)随着土壤中镉浓度的提高，白菜的SOD活
性呈现下降趋势，而其POD活性则呈现一定的上
升趋势。施硅可进一步降低白菜的 SOD活性，施
适量(0.5、1.0 g·kg-1)的硅浓度可在一定程度上提
高白菜的 CAT和 POD活性；而较高量(2.0 g·kg-1)
硅下，CAT活性比不施硅的略有下降；在较高
(1.2 mg·kg-1)镉胁迫下，POD活性略有下降，但
仍维持在一个较高水平(表 5)。
参考文献
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