全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 9期, 2010年 9月928
收稿 2010-04-19 修定 　2010-06-13
资助 安徽省教育厅自然科学基金(KJ2010B060)和安徽科技学
院人才引进项目(ZRC200 9250 )。
* 通讯作者(E-mail: wuyan109@126.com; Tel: 0550-6732036)。
低温胁迫下乌塌菜对外源硅的生理响应
吴燕 1,*, 高青海 2
安徽科技学院 1城建与环境学院农业资源利用重点学科, 2生命科学学院, 安徽凤阳 233100
提要: 在土培条件下, 研究了低温胁迫下不同浓度的硅酸钠对乌塌菜幼苗生长及生理特性的影响。结果表明, 低温胁迫抑
制了乌塌菜的生长, 降低了干物质的积累。外施硅可以显著提高乌塌菜叶片 SOD、POD、CAT活性, 迅速积累大量的脯
氨酸和可溶性蛋白, 从而有效缓解低温胁迫对乌塌菜幼苗的影响, 尤其是外施0.5 mmol·L-1 Na2SiO3处理15 d时, 乌塌菜干物
质积累达到了正常生长植株的 86.2%。但随着施用硅浓度的增加, 缓解效果则降低。
关键词: 乌塌菜; 低温胁迫; 硅; 生理响应
Physiological Responses of Savoy to Exogenous Silicon under Chilling Stress
WU Yan1,*, GAO Qing-Hai2
1College of Urban Construction and Environment Sciences, Key Subject of Agricultural Resources Utilization; 2College of Life
Sciences, Anhui Science and Technology University, Fengyang, Anhui 233100, China
Abstract: The effects of different silicon concentrations on growth and physiological characteristics of savoy
were investigated under chilling stress. The results showed that the growth of savoy was inhibited and dry
matter accumulation was decreased under chilling stress. Exogenous silicon could increased the activities of
superoxide dismutase, peroxidase and catalase of savoy leaves, and quickly accumulated lots of proline and
soluble protein, which efficiently alleviated the effects of chilling stress on savoy. Especially, on the 15th day
under chilling stress, dry matter accumulation of savoy reached to 86.2% of plants grown under normal condition,
but the alleviated effects decreased with added higher silicon.
Key words: savoy; chilling stress; silicon; physiological response
乌塌菜是十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种的
一个变种, 因为富含维生素C而受到人们的喜爱(舒
英杰等 2005)。乌塌菜一般在晚秋或冬季进行栽
培, 尽管乌塌菜喜凉爽气候, 但在温度较低的情况
下, 其生长也受到低温胁迫, 从而抑制其正常的生
长(张渝洁 2009)。近年来研究发现, 硅是植物生长
的有益元素(Ma和Yamaji 2006), 硅肥不仅可以显
著促进作物生长, 而且通过提高作物超氧化物歧化
酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等保护酶活性来提
高其抗盐(Zhu等 2004)、抗病虫害、抗倒伏的能
力, 缓解铁、镉、锰、铝等重金属对作物的毒害,
进而有效提高农作物质量和产量(侯彦林等2005)。
目前有关硅对乌塌菜生长影响方面的研究较少, 而
且在低温胁迫下, 硅对乌塌菜生理特性是否有影响,
还未见报道。为此, 本研究以乌塌菜为材料, 探讨
低温胁迫下, 硅对乌塌菜幼苗生长及生理特性的缓
解作用, 以期为硅在乌塌菜上的应用, 尤其是缓解
低温胁迫提供理论依据。
材料与方法
乌塌菜(Brassica campestris L. ssp. chinensis L.
var. rosularis Tsen et Lee)种子购自凤阳县种子公
司, 品种为 ‘合肥黄心乌 ’。
试验于 2009年10~12月在安徽科技学院生命
科学学院蔬菜培养基地进行。首先精选饱满的种
子进行育苗, 方法同常规。乌塌菜幼苗长至 4~5叶
时, 选择大小一致的乌塌菜幼苗移入营养钵(10
cm×10 cm)中。低温处理方法如下, 定植 8 d后,
先在温度为10 ℃ (昼)/5 ℃ (夜)的培养箱中预处理
DOI:10.13592/j.cnki.ppj.2010.09.016
植物生理学通讯 第 46卷 第 9期, 2010年 9月 929
2 d, 再置于温度为 4 ℃ (昼)/0 ℃ (夜), 光强为 60
mmol·m-2·s-1、光周期为 12 h/12 h的培养箱进行低
温处理。本试验共设 5个处理, 分别为 CK (20 ℃
常温, 无喷施), T1 (低温, 喷清水), T2 (低温, 喷 0.1
mmol·L -1 Na2SiO3), T3 (低温, 喷 0.5 mmol·L -1
Na2SiO3), T4 (低温, 喷2 mmol·L-1 Na2SiO3), 每3 d喷
施一次, 直到叶面滴水为止, 处理 20 d。
处理 7 d和 15 d时, 各处理分别取 5株, 测定
植株鲜重, 而后烘干, 测定干重; 另取 5株, 剪取第
3片完全展开的功能叶, 剪碎后混合进行以下各项
指标的测定, 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,
SOD)活性采用 NBT光还原法(张志良和瞿伟菁
2003); 过氧化物酶(peroxidase, POD)活性采用愈创
木酚法(张志良和瞿伟菁2003); 过氧化氢酶(catalase,
CAT)活性参照Cakmak和Marschner (1992)的方法;
脯氨酸含量测定用酸性茚三酮显色法(张志良和瞿
伟菁 2003); 可溶性蛋白测定用考马斯亮蓝G-250
染色比色法(张志良和瞿伟菁 2 0 0 3 ) ; 丙二醛
(malondialdehyde, MDA)含量参照赵世杰等(1994)的
TBA 比色法。用ORION TDS型电导率仪测定(张
志良和瞿伟菁 2003)组织叶片杀死前电导率(E1)、
杀死后电导率(E2)及所用去离子水电导率(E0), 电
解质渗漏率(EL)的计算公式为:
EL(%) = (E1-E0)/(E2-E0)×100
实验结果
1 硅对低温胁迫下乌塌菜鲜重和干重的影响
从表 1可以看出, 低温胁迫下, 外施硅可以有
效缓解低温对乌塌菜幼苗生长的影响, 尤其是T3处
理, 在低温胁迫下乌塌菜生长仍较快, 如在处理 15
d时, 鲜重显著高于 T1处理(P<0.05), 为 T1的 1.33
倍, 达到了对照处理的 81.8%。
外施硅可以有效促进低温胁迫下乌塌菜干物
质的积累(表 1), 尤其是 T3处理下, 在处理 15 d时,
乌塌菜干重达到了对照的86.2%, 比处理T1高46.7%。
由此说明, 低温胁迫下, 外施 0.5 mmol·L-1 Na2SiO3
可以明显促进乌塌菜生长, 干物质积累增加, 但如果
外施高浓度硅, 乌塌菜干物质积累增加幅度下降。
表 1 硅对低温胁迫下乌塌菜幼苗干鲜重的影响
Table 1 Effects of silicon on fresh and dry weight of savoy seedlings under chilling stress
单株鲜重 /g 单株干重 /g
处理
7 d 15 d 7 d 15 d
CK 93.22±8.12a 122.84±8.12a 10.72±1.04a 13.69±1.15a
T 1 64.52±5.21c 75.63±7.33d 7.02±0.68d 8.04±0.57d
T 2 67.27±4.32c 83.74±6.42c 7.84±0.67c 8.68±0.74d
T 3 79.34±7.04b 100.53±8.03b 8.62±0.25b 11.80±1.18b
T 4 66.62±5.62c 89.72±7.34c 7.53±0.35c 9.58±1.03c
　　同列数据后不同字母表示差异显著(P<0 .05 )。
2 硅对低温胁迫下乌塌菜保护酶活性的影响
由图1可知, 与对照相比, 低温胁迫下, 乌塌菜
幼苗叶片保护酶活性升高, 外施硅可以显著提高乌
塌菜叶片保护酶活性, 尤其是 T3处理, 在处理 7 d
时, 乌塌菜叶片抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均
高于其它处理。T3处理叶片的 SOD活性比 T1处
理叶片高 23.7%, 而且 T1处理叶片 SOD活性随着
处理时间的延长呈降低的趋势。在处理15 d时, 外
施硅处理的乌塌菜仍保持较高的保护酶活性。由
此说明, 低温胁迫下, 外施硅处理可以提高乌塌菜叶
片保护酶活性, 尤其是 0.5 mmol·L-1 Na2SiO3处理效
果显著, 而施用浓度过高, 保护酶活性呈下降趋势。
3 硅对低温胁迫下乌塌菜渗透调节物质含量的影响
由图2可知, 与对照相比, 低温胁迫下, 乌塌菜
叶片脯氨酸和可溶性蛋白均表现为升高, 尤其是外
加硅处理7 d时, T3处理乌塌菜叶片脯氨酸和可溶
性蛋白含量最高, 分别达到114.3 mg·g-1(FW)和25.3
mg·g-1(FW)。随着处理时间的延长, 在处理 15 d
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图 1 硅对低温胁迫下乌塌菜幼苗叶片 SOD、POD和CAT活性的影响
Fig.1 Effects of silicon on SOD, POD and CAT activity of savoy seedlings leaves under chilling stress
图中不同小写字母表示同一处理时间下不同处理间差异显著(P<0.05), 下图同。
图 2 硅对低温胁迫下乌塌菜叶片脯氨酸和可溶性蛋白含量的影响
Fig.2 Effects of silicon on proline and soluble protein contents of savoy seedlings leaves under chilling stress
时, T1处理叶片脯氨酸和可溶性蛋白含量降低, 而
外施硅处理的则还有所增加。植物在遭受逆境胁
迫时, 自身会产生一些渗透调节物质来适应逆境, 渗
透调节物质含量的高低及变化的快慢均可反映植物
本身对逆境的适应能力。低温胁迫处理时, 外施硅
可以使乌塌菜叶片迅速积累渗透调节物质, 来适应
低温胁迫环境, 尤其是 T3处理效果最佳。
4 硅对低温胁迫下乌塌菜叶片电解质渗漏率和
MDA含量的影响
由图 3可知, 与对照相比, 低温胁迫下乌塌菜
叶片相对电导率均升高。外施不同浓度的硅有利
于缓解乌塌菜叶片的电解质渗漏率升高; 在处理 7
d时, T3处理的电解质渗漏率数值较小, 仅比对照
提高了13.9%, 而T1处理电解质渗漏率比对照提高
了 75.7%。在处理 15 d时, 外施硅仍有降低叶片
电解质渗漏率的效果。低温胁迫可加重膜脂过氧
化作用, 其主要产物MDA含量的多少可表示植物
细胞膜受伤害程度的大小(Kar和Mishra 1976)。由
图4可知, 低温胁迫下乌塌菜MDA含量明显升高。
在处理 7 d时, T1处理比对照增加了 60.3%, 而 T3
处理可显著缓解叶片MDA含量升高(P<0.05), 在处
理 15 d时, 作用效果仍很明显。由此说明, 低温
胁迫下, 外施一定浓度的硅可以缓解低温胁迫对乌
塌菜叶片细胞膜的影响, 进而减轻低温危害。
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讨　　论
低温胁迫是限制植物生长发育、基因表达和
产量的重要因子(吴建金 2010)。本文研究的结果
表明, 与对照相比, 低温胁迫抑制了乌塌菜的生长,
降低了根系活力, 表现在鲜重、干重降低, 影响了
干物质的积累, 外施0.5 mmol·L-1 Na2SiO3可以有效
缓解低温胁迫的影响, 随着外施硅浓度的增加, 缓
解效果降低。类似的结果在小麦上也有报道, 施硅
可显著提高小麦在干旱(丁燕芳等2007)或低温胁迫
(朱佳等2006)条件下的光合速率, 从而增加干物质
的积累。
逆境条件下植物体内产生更多的活性氧自由
基, 从而加剧了膜脂过氧化, 导致膜系统受损, 最终
使组织受到破坏(马德华等 1998)。低温胁迫诱导
植物体内 SOD、APX和 POD等活性升高, 对活性
氧自由基起着清除作用(Elstner 1982)。本研究表
明, 低温胁迫下乌塌菜叶片保护酶 SOD、CAT和
POD活性升高, 外施硅可以较大幅度的提高保护酶
活性, 而且持续时间较长, 这为乌塌菜叶片活性氧
自由基清除起着重要的作用。这与外施硅可以提
高黄瓜(Zhu等 2004; Liu等 2009)、小麦(Liang等
2008)、大麦(Liang等 2003)等作物的抗氧化酶活
性, 从而提高作物的耐盐性、抗寒性等结果相似。
关于渗透调节物质与植物耐寒性的关系已有许多报
道, 但观点尚不统一。本试验研究中发现, 与对照
相比, 低温胁迫下乌塌菜叶片的脯氨酸和可溶性蛋
白的含量升高, 尤其是外施硅处理, 乌塌菜叶片渗
透调节物质迅速积累, 升高幅度较大, 这为缓解低
温胁迫奠定了基础, 这与茄子上研究相似(高青海等
2006)。
低温胁迫下外施硅处理乌塌菜叶片保护酶活
性显著升高, 脯氨酸和可溶性蛋白大量积累, 这可
以有效快速清除乌塌菜体内大量活性氧自由基和维
持渗透平衡, 减轻低温胁迫对乌塌菜叶片细胞膜的
损害, 降低膜脂过氧化水平, 表现在叶片电解质渗
漏率和相对电导率升幅较小, 进而缓解低温对乌塌
菜的伤害作用。总之, 低温胁迫下, 外施一定浓度
的硅可以缓解低温胁迫对乌塌菜生长的影响, 但外
施硅浓度过高, 缓解效果则降低。
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图 4 不同浓度的硅对低温胁迫乌塌菜叶片丙二醛含量的
影响
Fig.4 Effects of silicon on MDA content in savoy
seedlings leaves under chilling stress
图 3 硅对低温胁迫乌塌菜叶片电解质渗漏率的影响
Fig.3 Effects of silicon on electrolytic leakage in savoy
seedlings leaves under chilling stress
植物生理学通讯 第 46卷 第 9期, 2010年 9月932
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