全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 22(3)：277— 282 2002年 5月
硒对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响
陈 平，余土元 ，陈惠阳，周厚高
(仲恺农业技术学院，广东广州 510225)
摘 要 ：采用溶液培养 ．研究不 同浓度的硒和镉处理对稻苗的株高、叶片干重 、叶绿 素、还原糖 、叶片丙二醛
含量以及保护酶 SOD、POD、CAT活性的影响。结果表明．镉胁迫下稻苗矮化 ，镉毒害使叶片失绿 ．干重降低 ，
还原糖含量下降，叶片 MDA含量增加 ，POD活性增强，而 SOD、CAT活性降低 ；硒可减轻镉对水稻的毒害．
表现为 ：减轻镉胁迫对株高增加 的抑制，提 高叶绿 素含量 ．增加叶片干物质积 累，提高叶片还原糖含量 (Cd
0．5 mg／I 加 Se 0．1O～0．5O mg／I 例外)，降低 MDA含量与 POD活性，提高 SOD、CAT活性。
关键词 ：硒 ；镉；水稻 ；生理特性
中国分类号：Q946．91 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3142(2002)03—0277—06
Effects of Se on growth and some physiol ogical
haracteristics 0f rice seedl’g under Cd stressC l in ti n C lSlCS t
CHEN Ping，YU Tu—yuan，CHEN Hui—yang，ZHOU Hou—gao
(Zhongkai 4grotechnical College，Guangzhou 510225，China)
Abstract：The nutrient solution culture experiment was conducted tO study physiological effects of Se on the
plant height，chlorophyl，dry weight and reducing sugar content of leaves．malon—dialdehyde concentration and
activities of superoxide dismutase(SOD)．catalase(CAT)and guaiacol peroxidase(P0D)in rice(Oryza sativa I ．)
seedling under Cd stress．The results indicated that plants under Cd stress without Se supply showed wilt，
chlorosis．necrosis in 1eaves and black in roots，decreased in biomass．SOD and CAT activities of 1eaves and in—
creease in seedling height，ma1ondia1dehyde concentration and POD activities in leaves．The addition of Se tO SO—
lution with Cd could increase the dry matter weight Of leaves，retard the inhibition Of Cd tO the increase of
seedling height and aleviate the Cd toxicity，increase chlorophyl and reducing sugar content(except Cd 0．5 rag／
I plus Se 0．1O～O．5O mg／I )，decrease MDA concentration and POD activities．enhance SOD and POD activi—
ties jn leaves．
Key words：selenium；cadmium；rice；physiological characteristics
随着工业发展 ，环境 污染 日益严重 ，重金属 污
染尤其是镉的污染不容忽视。镉为非营养元素，对
植物具有明显的毒害作用，而且会通过食物链危及
人体健康。如何缓解或抑制植物镉毒害，已经引起
人们的广泛关注。植物营养学家曾对 Fe“ 、s 、
Ca。 等元素缓解镉毒害进行了研究。硒是动物和人
体营养的必需微量元素，硒对高等植物的生长有重
要作用，是植物生长发育的一种有益元素“ 。作者
曾报道硒硅共施对水稻具有 良好 的生理效应” 。值
得注意的是 Francis等(1973)发现，提高溶液中硒水
收稿 日期：2001—05—15
作者简介：陈 平 (1 968一)，男，江苏如东人，硕士 ，主要从事植物生理教学与研究工作。
维普资讯 http://www.cqvip.com
278 广 西 植 物 22卷
平，能明显降低植物体内的镉浓度“ 。本试验以水稻
为材料 ，通过溶液培 养，旨在探讨硒对 镉胁迫 下水
稻幼苗生长和生理特性 的影响 ，以探讨硒能否抑制
或缓解镉对水稻的毒害。
l 材料与方法
1．1植株培养
1水稻 (Oryza sativa I ．)品种澳 青 占由广东 省
农业科学 院水稻所提供 。选用饱满种子 ，用 去离子
水浸种 48 h，在 30±1。C催芽 24 h，萌发后播 于装
有石英砂的方盆 中育苗 ，选取健壮、均一的 3片叶龄
秧 苗移 植 于盛 有 Yoshida(1976)营养 液 的塑 料 盆
(33 cm×23 cm×7 cm)中。每盆栽植 12穴 ，每穴 1
株，培养液体积为 4 I 。培养 1周后，用含 CdC1：及
H。SeO。的 Yoshida营养液培养 ，Cd浓 度 为 0、0．5、
1．0、5．0、10．0 mg／I ，并 分 别 加 入 Se，浓 度 为 0、
0．10、0．25、0．50 mg／I ，共 20个处理 ，重复 3次 ，每
2 d调 pH5．1～5．5，每天用去离子水补充水分蒸发
部分，每周更换营养液 1次 。于玻璃 网室内 自然光照
及温度下培养 。
1．2指标测定方法
(1)植株 生长量测定：分别测定 硒镉处理 前与
处理 9 d秧苗 的高度变化 ，以秧苗高度增加量及处
理 34 d水稻主茎倒 3叶片干重 (30株 的平均值)表
示植株生长量 。(2)叶绿素含量测定：处理 27 d时水
稻植株倒 2叶片，以 80 丙酮研磨。 测定 。(3)还原
糖含量测定：处理 34 d时水稻植株倒 3叶片，以 3，
一 二硝基水杨酸法“ 测定 。(4)酶液制备 ：处理 22 d
时水稻植株倒 1叶片0．5 g，加入 10 mI 0．05 mol／I
磷酸缓冲液 (pH7．8)，加少量石英砂冰浴研磨。匀浆
以 10 000 r／rain冷冻离心 20 min，上清液定容至 10
mI ，用于酶活性和 MDA含量测定。(5)MDA含量
测定 ：按李柏林 、梅慧生⋯ 改进 的方法 ，采用 Beck
man DU640分光光度计测定 。(6)SOD活性测定：按
李柏林 ，梅慧生””改进的方法进行 ，以抑制 NBT光
化还原 0 为 1个酶活性单位 。(7)P0D活性测 定：
用愈创木 酚氧化法 。 ，以 470 nm 波长下光密度每
分钟升高 1．0为 1个酶活性单位。(8)CAT活性测
定：参照罗华建等 方法 ，并作适 当改进 。反应液为
0．05 mol／I 磷酸缓 冲液 (pH7．8)，H：O 0．01 mol／
I ，测定 时取 0．1 mI 酶 液加 mI 反应液 ，反应 3
min，加 3 mI 1．8 mol／I H：SO 终止反应。CAT活
性以 240 nri1波长下光密度每分钟降低 1．0为一个
酶活性单位 。
■SeO．0 口 SeO．10 墨 SeO．25 口 SeO．50
D
0．0 0 5 1．0 5．0 10 0
Cd concentrat ion(mg／L)
图 1 不 同硒镉处理对水稻幼苗株高的影响
Fig．1 Effects of Se and Cd treatments on the height of rice seedlings
有关数据在统计软件 STATISTIA处理。
2 结果与分析
2．1不同硒镉处理对苗期水稻生长的影响
经不 同浓度硒镉处理 9 d，通过统计分 析研究
Cd和 Se处理对株 高的主效应 ，Se和 Cd的互作效
应，结果表明，三个效应对水稻幼苗高度生长影响
具有 极显著 的差异 ，其 F值分别 是 447．691 5>F
(0．01)一 3．26、26．463> F(0．01)= 3．49和 21．022
>F(0．01)一2．69。对于单一 Cd和单一 Se处理 ，苗
高增加量随着浓度的增加明显减少，其相关系数 r
分别是 一0．514和一0．888，为负相关 。其 中，水稻经
镉 培养 1周后 ，10．0 mg／I Cd处理 ，老 叶失绿 ，萎
缩 ，出现坏死斑 ，幼叶严重 黄化 ，根发黑 ，苗 高增加
量仅为对照 的 10．78 。Se和 Cd复合处理后的苗
高增加量都比相应单一Cd处理高，se减轻 Cd对水
维普资讯 http://www.cqvip.com
3期 陈 平等：硒对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响 279
稻植株生长的抑制作用。 低，5．0 mg／I 10．0 mg／I Cd处理的植株倒 3叶片
在不 同 Cd浓 度处理 下，Se的不 同浓度水平对 干重仅为对照的 39．60 9／6、26．17％。加 Se后，除 1·0
株高影响的多重比较(Duncan检验)结果表明，不la-J mg／I Cd加 0．50 mg／I Se浓度处理外，倒 3叶片干
浓度水平具有显著差异(图 1)。 重皆比相应 Cd浓度处理(未加 Se)的高。镉胁迫下，
表 1表明，水稻受 Cd毒害后，倒 3叶片干重降 水稻植株叶片的干物质积累明显减少，硒可以减轻
表 1 不同硒镉处理对水稻幼苗叶片生长的影响 (单位 ：mg DW／leaf)
Table 1 Elfects of Se and Cd tEeatments on the biomass in leaves of rice seedlings
注 括号内为百分数(以未加Se．Cd为对照)。Note：The number in the bracket is percentage
图 2 不同硒镉处理对水稻幼苗叶片叶绿素含量的影响
Fig．2 Effects of Se and Cd treatments on the chlorophyll content in leaves of rice seedlings
镉胁迫水稻植株叶片干重积累的减少 。
2．2不同硒镉处理对苗期水稻叶片叶绿素含量的影
响
由图 2可看出 ，单一 Cd处理在 (0～5．0 mg／I )
叶绿素呈上升趋势，而后下降，其中 5．0、10．0 mg／I
处 理 的 叶 绿 素 含 量 分 别 为 对 照 的 105．3 和
58．77 ，这与周建华、王永锐 报告较 高浓度的
Cd。 处理可使叶绿素含量降低而低浓度处理却提高
的结果一致 。而单一 se处理 ，随着浓度 的上升水稻
植株叶绿素含量显著增加，其相关系数 r一0．899，
为极显著正相关。Se和Cd复合处理后叶绿素含量
均高于相应单一 Cd处理，与单一处理相差极显著
(1 t 1分 别 为 4．964、5．029、6．271> t(0．01)一
4．604)，可以看出加 Se可缓解 Cd胁迫水稻幼苗叶
片叶绿素含量下降，有利于植株生长。
2．3不同硒镉处理对 苗期水稻叶片还原糖含量的影
响
由图 3可 以看 出，单一 Cd处 理 ，随着 Cd浓 度
的上升，水稻叶片还原糖含量降低，其 F一709．514
>F(0．01)一3．26，差异 明显 ，5．0、10．0 mg／I Cd浓
度 处 理 的水 稻 倒 3叶 还 原 糖 含 量 仅 为 对 照 的
35．56 、32．00 (相关 系数 r一一0．785)。单一 Se
处理在(0～0．25 mg／I )呈下降趋势，在 0．50 mg／I
则增加，其 F：32．786>F(0．01)一3．49，差异 明显。
在 Se和 Cd复合处理下，除在各 Se处理中加入 0．5
mg／LCd外 ，其它组合都 比相应单一 Cd处理的还原
糖含量高，其 F一51．104>F(0．01)一2．69，差异明
显。水稻受 Cd毒害可以显著降低还原糖含量，加Se
后可以提高还原糖含量 。
2．4不同硒镉处理对水稻叶片膜脂过氧化作用的影
响
由图 4可以看 出，单一 Cd处理 ，MDA含量 (脂
质过氧化作用)随着浓度上升呈显著增加趋势，其
相关系数 rz0．986，为极显著正相关。加 Se可有效
降低膜脂过氧化水平。单一Se处理则随着浓度的增
加 ，MDA 含量逐渐减少 ，其相关系数 r：一0．985，
5 4 3 2 1 O
一丰 ＼ 目一 c∞ cou_【_【 o-工o_【 u
维普资讯 http://www.cqvip.com
280 广 西 植 物 22卷
为极显著负相关。在Se和Cd复合处理下，MDA含
量均比相应单一 Cd处理低 ，在各 Cd处理中加入 Se
的变化趋势与单一 Cd处理一样 ，但其相关系数 r分
别是 0．752、0．808和 0．973，为不显著正相关，而单
一 CA处理为极显著正相关。加 Se可有效降低膜脂
过氧化水平 。
蚤墓
2．5镉加硒对水稻叶片 SOD、CAT、POD活性影响
由图 5可以看 出，单一 Cd处理 ，SOD活性随着
浓 度的上升呈下降趋 势 ，其相关 系数 r一一0．838，
为极显著负相关。而单一 Se处理下，SOD活性在
0．10 mg／I 出现抗性峰，而后下降，但仍高于对照，
分别为对照的 108．36 、105．64 和 105．02 9／6，其
C c
b c I国 —d_一 l |]
O．O O．5 1．O 5．O lO．O
Cd concentrat ion (mg／L)
图 3 不同硒镉处理对水稻幼苗叶片还原糖含量的影响
≥
1．1-
．
石
E
2
O
0．0 0．5 1．0 5．0 l0．0
Cd concentration(mg／L)
图 4 不同硒镉处理对苗期水稻幼苗叶片 MDA含量的影响
墨舍 60 复
s00
400
曼言 300
兰 20 堇
100
0
一Se0．0 口Se0．1O 墨Se0．25 口 Se0．50
}蠕a 曲a a a,
，
图 5 不 同硒镉处理对苗期水稻幼苗 SOD活性的影响
Fig．5 Effects of Se and Cd treatments on superoxide dismutase acti、’ity in k ’es of rice seedlings
F一102．236>F(0．01)=3．49，差异 明显 。Se和 Cd
复合处理下，其组合 SOD活性 都高 于相应单一 Cd
处理，其 中在各 Cd处理中分别加入 0．10、0．50 rag／
I Se的 SOD活性与单一 Cd处理相差显著(1 t l一
3．744和 4．041>t(O．05)一2．776)，而在各 Cd处理
中加入 0．25 mg／I Se则与单一 Cd处理相差极显著
(1t l一5．032>t(0．01)一4．064)。
由图 6可以看 出，单一 Cd、Se处 理 CAT活性
都是随着浓 度的上升而呈下 降趋 势，其相关 系数 r
分别是一0．963和一0．977 5，为负相关和极显著负
相 关。Se和 Cd复合 处理下 ，除 0．10 mg／I 加 0．5
mg／I Cd处理外 ，其它组合 的 CAT活性都 高过相
∞ 加 m 0
维普资讯 http://www.cqvip.com
3期 陈 平等：硒对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响 281
应单一 Cd处理，其 中在各 Cd处理中分别加 入
0．25、0．5O mg／I Se的酶活性随着 Cd浓度的增加
而上升 ，其 F=23．913~F(0．O1)一2．69，差异明显 。
由图 7可以看出，单一 Cd处理，随着浓度的增
加 ，POD活性升 高，其相关系数 r一0．9225，为极显
著正相关 。单一 Se处理在 (0-0．25 mg／I )有一抗
言 。
’
差。
呈
暑
0
性峰，而后下降，但仍高过对照。Se和Cd复合处理
下，除在各 Se处理 中加入 0．5 mg／I Cd外，其它组
合的POD活性都低于相应单一 Cd处理。
SOD 是 重 要 的 活 性 氧 防 御 酶 ，它 催 化 反 应
20 -+2H 一H。O：+O：，CAT能催 化 H O。分解 成
水和氧，POD催化 H：0：与酚类的反应。CAT活性
O．O O．5 1．O 5．O l0．0
Cd concentration (mg／L)
图 6 不同硒镉处理对苗期水稻叶片过氧化氢酶(CAT)活性的影响
Fig．6 Effects of Se and Cd treatments on cata[ase activity in leaves of rice seedlings
700
600
500
． -J
400
§．富 300 童
喜 200
： 100
O
Cd concentration (mg／L)
图 7 不同硒镉处理对苗期水稻叶片过氧化物酶(POD)活性的影响
Fig．7 Effects of Se and Cd treatments on peroxidase activity in}eax es of rice seedlings
的提高，能更有效地清除 H O：，SOD和 POD的共 同
作用能把体内具潜在危害的 0。-和 H O 转化为无
害的 H：O和 O：，并能减少羟 自由基 (·OH)的形成，
P()D和CAT共同作用催化 H：0：形成水，三种活性
氧防御酶共同作用，可有效地阻止 O。 和 H ()。在植
物体内积累。”。受 Cd毒害的水稻幼苗体内过氧化
作用剧烈进行，POD活性显著升高，SOD和CAT活
性降低。加入 Se后可抑制水稻幼苗过氧化作用的剧
烈进行，使 POD活性降低，SOD和 CAT活性升高。
一 、 t 、 l
3 讨 1
前人研究 表 明，镉过 多对 植物产 生严重损 害。
可以强烈抑制细胞和整个植株的生长 ，细胞内的
重金属离子不仅能与酶活性中心或蛋白质中的巯
基结合，而且 还能取代金属 蛋 白中的必需元素
(Ca”、Mg”、Zn。 和 Fe。 )，导致生物大分子构象 改
变 、酶活性 丧失及 必需元素缺 乏 ，干扰细胞 的正常
代谢过程“”。镉毒害引起植物失绿和叶绿素总量下
降“ ，Van Assche F和 Clijsters H认为，是由于镉抑
制原 叶绿 素酸酯还 原酶活性 引起 的 。。本试 验说
明，镉毒 害使水 稻植株矮小 ，失绿 ，叶片干 重下降 ，
还原糖 含量降低 ；加 Se培养，镉胁迫水稻毒害症状
减轻。可能是 由于高浓度 Cd使水稻幼苗 吸收及分
布 K、Ca、Mg、Fe等元素减少 ，阻碍叶绿素形成及其
含量增加 ，也严重 阻碍光合产物的运输 、分布，加速
叶片衰老、提早 死亡 。而在生理浓度范围内，硒在
总体上 可 以促 进 植 物对 P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、
Cu、Zn和 Mo的吸收“ 。作者亦报道低浓度硒可促
进水稻幼苗对 P的吸收 。这些元素的吸收可能有
助于改善镉胁迫水稻叶绿体结构与功能。而对酶活
性的维持也是必需的 ” 。硒和重金属等污染元素之
间多表现为拮抗关系，硒可降低小麦、莴苣、菜豆对
维普资讯 http://www.cqvip.com
282 广 西 植 物 22卷
镉的吸收 、。本试验 中硒缓解镉对水稻幼苗的毒害，
是否 由于硒抑制了水稻对镉 的吸收，有待进一步探
讨 。
镉可诱 导植物 的 自由基过氧化损伤 ，加剧植物
体 内膜脂过氧化作用“”。孔祥生等研究表明，随着
Cd 浓度 的增 加 和 Cd”毒 害时 间延 长，玉 米叶 片
MDA含量上升，SOD和 CAT活性下降 ，POD活性
增加。 。本试验也得到类似结果 。生物体 内的活性
氧和 自由基的产生 与清除作用 的平衡 ，受保护酶类
及小分子抗氧化剂两类物质 的调控 ，硒可以通 过
酶促和非酶促系统两种机制产生抗氧化功能，硒是
谷胱甘肽过氧化物酶(GSH Px>的活性中心，可以诱
导 GSH—Px活性 ，亦通过 GSH—Px活性 的变化而 影
响植株 内整个保 护酶系统 ，此外 ，无机 硒及有机 硒
对 自由基亦有清除作用 ，作者 曾报道，硒可 降低
月季离体叶片 MDA 含量 ”。本试验结果说明 ，镉 胁
迫水 稻加 硒培养后 ．叶 片 MDA 含量下 降，POD 活
性降低 ，SOD和 CAT活性提高。硒可以抑制镉诱 导
自由基对水稻植株 的伤害 ，亦是其缓解水稻镉毒 害
机制之一。
形成金属螯合 蛋 白可能是植物对镉 毒害耐 性
的 可 能 机 制。高 等 植 物 中 的 植 物 螫 合 肽 (phy—
tochelatins，pc)广泛存 在于植物界 。它是 以 GSH 为
底物，由 PC合成酶(phytochelatin synthesis)即 7一谷
氨 酰半 胱 氨酸 二 肽转 移 酶催 化 而 成 的金 属螫 合
肽 ，随着镉浓度增加 ，该酶在瞬间被激活 ，还可 被
多种 多原 子 阴离子 如 (SeO ，SeO。 ，和 AsO )激
活。 ! 。硒可能参与调控 PCs活性，缓解镉对水稻的
毒害。
参考文献 ：
C1]李 元 ．王焕校 ．吴玉树．Cd、Fe及其复合污染对烟
草 叶片几项生理指标的影 响[J]．生态学报 ．1992．
12(2)：147— 1 53．
C21周建华，王永锐．硅营养缓解水稻幼苗 Cd、Cr毒害的
生理研究[J]．应用与环境生物学报 ，1999．5(1)：11
— 15．
C31汪 洪．周 卫 ．林 葆．钙对镉胁迫下玉米生长及
生理特性的影响[J]．植物营养与肥料学报 ．2001．7
(1)：78— 87．
C41陈 铭．刘更另．高等植物的硒营养及在食物链中的
作用(-)[J]．土壤通报 ，1996，27(4)：185—188．
[5]尚庆茂 ．李平兰．硒在高等植物中的生理作用[J]．植
物生理学通讯，1998，34(4)：284—288．
C61吴 军．刘秀芳 ，徐汉生．硒在植物生命活动中的作
用[J]．植物生理学通讯 ，1999，35(5)：417-423．
[7]王永锐，陈 平．水稻对硒吸收、分布及硒与硅共施
效应[J]．植物生理学报 ，1996，22(4)：344—348．
C81陈 平 ．王鸿博 ，王永锐．水稻幼穗发育期硒与硅共
施效应[J]．仲恺农 业技术学院学报，1997，10(1)：
24— 28．
C91朱广廉 ，钟诲文 ．张爱琴．植 物生理学实验[M]．北
京 ：北京大学出版社 ．1990．51—54．
[1o]张龙翔，张庭芳，李令嫒．生化实验方法和技术[M]
(第二版)．北京 ：高等教育出版社，1997．1—3．
C11]李柏林 ．梅慧生．燕麦叶 片衰老与活性氧代谢 的关
系[J]．植物生理学报 ．1989，15(1)：6—12．
C121罗广华．王爱国．邵从本 ．等．高浓度氧对水稻幼苗
的伤害与活性氧的防御酶[J]、中国科学院华南植物
研 究所 集 刊 ．1989．4：169—176．
[131罗华建，刘星辉．谢厚钗．水分胁迫对枇杷叶片活
性氧代谢 的影响[J]．福建农业大学学报 ．1999．28
(1)：33— 37．
C141苏 玲，章永松 ．林咸永 ，等．维管植物的镉毒和耐
性机制[J]．植物营养与肥料学报．2000．6(1)：106
一 l12．
[151 Van Ass[he F．Clijsters H．Effects of metal on en—
zyme activity in plants[J]．Plant Cell Environ．1 990．
13：195— 2O6．
[161孙赛初 ，王焕校．李启任．水生维管束植物受镉 污
染 后的生理变化及受害机制初 探[J]．植物生 理学
报 ，1985，11(2)：113—121．
[171黄玉山，罗广华 ，关菜文．镉诱导植物的 自由基过
氧化损伤[J]．植物学报 ，1997．39(6)：522—526．
[181孔祥生 ，郭秀璞．张妙霞．镉胁迫对玉米幼苗 生长
及生 理生化的影响[J]．华中农业 大学学报 ．1999．
18(2)：l11一 l13．
[191陈 平，张伟锋，蓝 振 ，等．硒对月季离体叶片衰
老 的影响[J]．仲恺农 业技术 学院学报 ，2000，13
(1)：36— 39．
C201 Rauser W E．Phytochelatins and related peptidesEJ]．
Plant Physiol，1995．109：1 141——1 149．
[211 Salt D E，Prince R C，Pickering I J，et a1．Mecha—
nisms of cadmium mobility and accumulation in Indian
Mustard[J]． Plant Physiol，1995．109：1 427一
] 443．
维普资讯 http://www.cqvip.com