硅和硒对镉胁迫下黄瓜幼苗光合作用和抗氧化酶系统的影响_于敏敏.pdf

河南农业科学，2023，52（1）：116124Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi：10.15933/ki.10043268.2023.01.012硅和硒对镉胁迫下黄瓜幼苗光合作用和抗氧化酶系统的影响于敏敏1，2，樊文华1，2，刘奋武1，2，田露丹1，2，王改玲1，2，孟庆慧1，2（1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学 农业资源与环境国家级实验教学示范中心，山西 太谷 030801）摘要：探究在石灰性土壤中施用硅（Si）和硒（Se）对镉（Cd）胁迫下黄瓜幼苗光合作用和抗氧化酶系统的影响，为Si和Se在缓解Cd毒性方面的应用提供理论依据。采用盆栽试验，研究在Cd（5 mg/kg）胁迫下，单独或同时施用Si（300 mg/kg）、Se（2、4 mg/kg）对黄瓜幼苗生长、叶绿素含量、光合参数及抗氧化酶活性的影响。结果表明，Cd胁迫对黄瓜幼苗植株的生长、叶片光合作用以及抗氧化系统产生了明显的毒害作用。与空白对照相比，Cd处理下黄瓜叶片叶绿素含量、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）显著降低，胞间CO2浓度（Ci）显著升高，过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性显著降低，丙二醛（MDA）含量显著增加。施用300 mg/kg Si或2、4 mg/kg Se均能有效缓解Cd毒害，促进黄瓜生长，显著提高黄瓜叶片叶绿素含量、Pn、Tr、Gs以及POD、SOD、CAT活性，降低Ci、MDA含量。同时施用Si和Se的作用效果比单施Si或Se更明显，施用300 mg/kg Si和2 mg/kg Se时作用效果最好，与单施Cd相比，黄瓜叶片Pn、Tr、Gs显著增加18.53%、42.67%、87.50%，Ci显著降低35.61%，POD、SOD、CAT活性显著提高87.65%、32.40%、23.58%，MDA含量显著降低42.68%。表明在石灰性土壤中施用Si和Se可有效缓解Cd对黄瓜的毒害，增强黄瓜叶片光合作用，提高抗氧化酶系统活性，且Si和Se同时施用具有一定的协同作用。关键词：黄瓜；镉胁迫；硅；硒；光合作用；抗氧化酶系统中图分类号：S642.2文献标志码：A文章编号：1004-3268（2023）01-0116-09收稿日期：2022-09-05基金项目：国家重点联合基金项目（U1710255-4）；山西农业大学学术恢复科研专项（J142102007）；山西坤润现代农业发展公司资助项目作者简介：于敏敏（1997-），女，山西孝义人，在读硕士研究生，研究方向：土壤生态。E-mail：通信作者：樊文华（1962-），男，河北井陉人，教授，博士，主要从事土壤生态、土壤学与矿区土壤复垦研究。E-mail：Effects of Silicon and Selenium on Photosynthesis and AntioxidantEnzyme System of Cucumber Seedlings under Cadmium StressYU Minmin1，2，FAN Wenhua1，2，LIU Fenwu1，2，TIAN Ludan1，2，WANG Gailing1，2，MENG Qinghui1，2（1.School of Resources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.National ExperimentalTeaching Demonstration Center of Agricultural Resources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）Abstract：To explore the effects of silicon（Si）and selenium（Se）on photosynthesis and antioxidantenzyme system of cucumber seedlings under cadmium（Cd）stress in calcareous soil，and provide atheoretical basis for the application of Si and Se in alleviating Cd toxicity，pot experiment was conductedto study the effects of single or simultaneous application of Si（300 mg/kg）and Se（2，4 mg/kg）oncucumber seedling growth，chlorophyll content，photosynthetic parameters and antioxidant enzyme activity第 1 期under Cd（5 mg/kg）stress.The results showed that Cd stress had obvious toxic effects on plant growth，leaf photosynthesis and antioxidant enzyme activities in cucumber seedlings.Compared with blankcontrol，the chlorophyll content，net photosynthetic rate（Pn），transpiration rate（Tr）and stomatalconductance（Gs）of cucumber leaves under Cd treatment were decreased significantly，the intercellularcarbon dioxide concentration（Ci）increased significantly，the activities of peroxidase（POD），superoxidedismutase（SOD）and catalase（CAT）decreased significantly，while the content of malongizldehyde（MDA）increased significantly.Cd toxicity was alleviated under the application of 300 mg/kg Si or 2，4mg/kg Se，which could promote the growth of cucumber，increase the chlorophyll content and Pn，Tr，Gsand POD，SOD，CAT activities of cucumber leaves，and reduce the Ci and MDA content.The effect ofsimultaneous application of Si and Se was more obvious than that of single application of Si or Se，and theapplication of 300 mg/kg Si and 2 mg/kg Se had the best effect.Compared with single application of Cd，Pn，Tr and Gs of cucumber leaves significantly increased by 18.53%，42.67%and 87.50%，respectively，Ci significantly decreased by 35.61%，POD，SOD and CAT activities significantly increasedby 87.65%，32.40%and 23.58%，respectively，and MDA content significantly decreased by 42.68%.The results show that applying Si and Se in calcareous soil can alleviate the toxicity of Cd to cucumber，enhance the photosynthesis of cucumber leaves and improve the activity of antioxidant enzyme system，and the simultaneous application of Si and Se has a certain synergistic effect.Key words：Cucumber；Cadmium stress；Silicon；Selenium；Photosynthesis；Antioxidant enzyme system镉（Cd）是农业生态环境中广泛存在的重金属污染物，因具有不可降解的特性，所以在土壤中长期存在，土壤中的Cd容易被植物吸收并积累1。被作物吸收积累的Cd会对作物产生毒害作用，对作物的生长发育、产量和品质等产生影响2。此外，作物中的Cd通过食物链的方式被摄入人体，对人体的健康造成损伤34。因此，缓解Cd的毒害作用，减少植物对Cd的吸收和积累，对作物的生长发育和人类的食品安全尤为重要。为了缓解Cd的毒害作用，目前已有多种方法，通过降低Cd的生物有效性进行土壤修复是近年来的研究热点5。其中，外源添加硅（Si）或硒（Se）被认为是缓解作物 Cd 毒害效应的有效途径6。WANG等7最先发现土壤中施适量浓度的Si能够提高水稻对Cd的抗逆性，有利于水稻的生长发育。研究表明，外源添加Si可有效减缓Cd对白菜、辣椒等植物的毒害作用，减少植物体内Cd含量810。还有研究还表明，Si浓度和Cd浓度之间存在依赖性，缓解程度随物种、品种或生态型的不同而表现出差异11。贾茜茹等12、李二豹等13已就Si对Cd胁迫下黄瓜的影响进行了研究，结果发现，当添加 5 mg/kg Cd、300 mg/kg Si时，黄瓜中的Cd含量虽显著减少，但仍未达到食品安全国家标准。Se是人和动物必需的微量元素，被作为一种免疫功能增强剂14。此外，Se对Cd、Pb等重金属具有拮抗作用，适宜浓度的Se能促进多种植物的生长，提高植物生物量、作物产量以及植物抗逆性。所以，目前对于Se在农业上的应用研究越来越多，有结果表明，Se对Cd胁迫下油菜、黄瓜、水稻生长和抗氧化等具有积极作用1518。近年来，关于Si和Se的相互作用减轻Cd毒性的研究逐渐增加。GAO等19研究发现，叶面同时喷施Si和Se对降低白菜地上部和地下部Cd含量有更显著的效果。HUANG等20研究表明，同时施用Si和Se显著促进水稻植株的生长，降低根和地上部丙二醛（MDA）含量，使地上部Cd含量显著降低。然而，国内外关于Si和Se的相互作用减轻Cd毒性的研究大多数是在酸性土壤上进行2122，石灰性土壤上施用Si和Se的效果研究很少。在酸性土壤中，Si和Se都具有诱导植物抗逆性的属性，那么石灰性土壤中施用Si和Se对Cd毒害的缓解作用及二者同时施用效果有待进一步研究。因此，进行盆栽试验，探究了在石灰性土壤中施Si和Se对Cd胁迫下黄瓜幼苗光合作用及抗氧化系统的影响，为 Si和 Se在减轻Cd毒性方面的应用提供理论依据。1材料和方法1.1试验材料采用盆栽试验，试验地点为山西农业大学资源环境学院试验站温室大棚，供试土壤为黄土状母质发育石灰性褐土，采自山西省太谷区武家堡村农田的中壤，土壤基本理化性质见表1。于敏敏等：硅和硒对镉胁迫下黄瓜幼苗光合作用和抗氧化酶系统的影响117河南农业科学第 5