全 文 ：外源SO2对紫苏种子萌发的影响
潘瑞青，张琼悦，张 涛
（重庆师范大学生命科学学院，重庆 401331）
摘 要：为了研究外源SO2对紫苏种子萌发及其幼苗生理生化的影响，用不同浓度的SO2(0，0.5，1，1.5，2，
2.5 mmol/L)处理紫苏种子，使其在适当的条件下萌发，测定其种子的发芽率、发芽势及发芽指数，以及
幼苗叶绿素、丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)及可溶性糖含量。结果表明，随着SO2
浓度的升高，发芽率、发芽势、发芽指数、POD活性和可溶性糖含量都呈先上升后下降的趋势，在
1.5 mmol/L时达到最大；叶绿素含量随着SO2浓度的升高，呈逐渐上升的趋势；MDA含量、PPO活性则随
着SO2浓度的升高，呈先下降后上升的趋势，在1.5 mmol/L时到达最低。实验表明用1.5 mmol/L浓度的
外源SO2处理紫苏种子有利于其萌发和生长，可以提高幼苗的抗氧化胁迫能力。
关键词：SO2；紫苏；发芽率；膜氧化；抗氧化酶
中图分类号：Q945.78 文献标志码：A 论文编号：2014-2258
Effects of Exogenous SO2 on Seed Germination of Perilla frutescens
Pan Ruiqing, Zhang Qiongyue, Zhang Tao
(College of Life Sciences, Chongqing Normal University, Chongqing 401331)
Abstract: The study aims to investigate the implantation of exogenous SO2 on Perilla frutescens seeds
germination and seedling membrane physiology and biochemical. The research used various concentrations of
SO2 (0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 mmol/L) to treat Perilla frutescens seeds to germinate under appropriate conditions,
and determine its seeds germination rate, germination potential and germination index, as well as chlorophyll,
MDA (malondia idehyde), POD (peroxidase), PPO (polyphenoloxidase), soluble sugar content of seedlings. The
results showed that with the SO2 concentration increased, the germination rate, germination potential,
germination index, POD activity and soluble sugar content were first increased and then decreased, the
maximum reached 1.5 mmol/L. Chlorophyll content generally showed a gradual upward trend with the increase
of SO2 concentration. MDA content, PPO activity along with the increase of SO2 concentration, a generally
upward trend after the first fall, were lowest in 1.5 mmol/L. What the figure showed that in the SO2
concentration of 1.5 mmol/L was most favorable for Perilla frutescens seeds germination and growth, and could
improve seeds antioxidant stress capacity.
Key words: SO2; Perilla frutescens; germination rate; membrane oxidation; anti-oxidizing enzyme
0 引言
紫苏[Perilla frutescens (L.) Britt.]为唇形花科紫苏
属 1年生草本植物，是卫生部公布的“药食同源”的植
物[1]。研究表明，紫苏籽油具有降低胆固醇、抗癌、提
高免疫力、止咳平喘、改善情绪等生理功能[2-4]。适量紫
苏油添加到儿童食品中，还能够较好地预防和治疗儿
童过敏性皮炎和哮喘[5]。但紫苏种子表面的蜡质层较
厚、种皮透水、透气性差，常常会出现休眠期较长、发芽
基金项目：国家自然科学基金项目“紫苏ALA代谢积累关键基因的克隆、表达分析及功能研究”(31171588)。
第一作者简介：潘瑞青，女，1990年出生，河北邯郸人，本科，研究方向为植物生理生态学。通信地址：401331重庆师范大学大学城校区嘉风苑1100，
E-mail：parry0106@126.com。
通讯作者：张涛，男，1971年出生，甘肃山丹人，教授，博士，主要从事植物遗传与细胞生物学研究。通信地址：400047重庆师范大学生命科学学院，
Tel：023-65910316，E-mail：zht2188@126.com。
收稿日期：2014-08-18，修回日期：2014-10-20。
中国农学通报 2014,30(31):151-155
Chinese Agricultural Science Bulletin
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
率较低等现象，因此研究其种子萌发特性能够更好地
利用紫苏种质资源[6]。而国内关于提高紫苏种子萌发
率的研究主要集中于赤霉素、不同温度处理紫苏种子
等[7-8]。还有研究表明在 50 A磁场下处理一定的时间
也可以提高紫苏种子发芽率[9]。但鲜有报道从气体分
子信号来研究其提高种子发芽的方法。本研究旨在从
气体分子信号方面入手以寻求提高紫苏种子发芽率，
找到打破其休眠的简单、易行途径。
SO2一直以来被视为对植物和动物有害的污染废
气之一，高浓度的SO2能够严重损害植物细胞膜的通
透性，从而使光合作用减退，抑制植物的生长甚至导致
其死亡，并且过量SO2也会对动物机体组织和器官造
成很大的伤害[10-11]。近年来的研究表明，低浓度的SO2
对植物和动物的生理有一定的有益效果，它能够作为
气体信号分子参与动物体内的多种生理反应，SO2能
够扩张血管和抑制心肌收缩，在高血压疾病中对血压
和血管结构重建有一定的调节作用[12]。SO2在植物体
中可以也可以参与多种代谢途径，能够刺激抗氧化酶
（SOD，POD，APX等）基因的转录表达及活性的提高，
表明 SO2在调节机体的生理活动方面具有重要的作
用，可能成为继NO、CO和H2S后的第4种信号分子[10]。
低浓度的SO2处理杨树可诱导其SOD活性[13]。SO2处
理玉米幼苗后，抗性玉米自交系SOD活性显著上升，
而敏感性自交系SOD活性增加不大[14]。SO2处理豌豆
后，耐受品种的SOD活性增加[15]。表明SO2在提高植
物抗氧化能力等方面可能具有一定的作用。因此，笔
者利用外源SO2处理紫苏种子，对其种子萌发等进行
研究，旨在探讨气体信号分子SO2对紫苏种子发芽率
及生理生化等方面的影响。
1 材料与方法
1.1 材料及处理
选取饱满、大小均一的紫苏种子，分别用不同浓度
的 SO2溶液 0、0.5、1.0、1.5、2、2.5 mmol/L（以 Na2SO3/
NaHSO3为 3/1的比值配制 SO2溶液，其 SO2的浓度以
Na2SO3的浓度为准）处理种子。将消毒后的紫苏种子
放在铺有双层滤纸的培养皿中，并放入培养箱中进行
培养，培养条件为温度(25±1)℃，光暗周期 12 h/天，光
照度 2000 lx，每天定期向培养皿中添加相应的处理
液。每个培养皿中 30粒种子，5次重复。每隔 24 h测
定其发芽数（以种子胚根伸长到与种子长度相等时视
为发芽），统计其发芽率。待其长成幼苗后（以种子的
胚芽完全展开为准）测定其叶绿素、可溶性糖和丙二醛
(MDA)含量以及过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)
的活性等生理生化指标。
1.2 测定指标及方法
1.2.1 种子发芽指标 种子萌发处理后，每天统计萌发
数，第2天计算发芽势，第4天计算发芽率、发芽指数和
活力指数。
种子发芽势(Gv)=(G1/Gn)×100%
种子发芽率(Gr)=(Ga/Gn)×100%
种子发芽指数(Gi)=∑(Gt/Dt)
式中，G1为 2天发芽种子数，Gn为供试种子数，Ga
为 4天发芽种子数，Gt为 t天内发芽种子数，Dt为发芽
天数。
1.2.2 叶绿素含量 其含量用分光光度法测定，用 80%
的丙酮进行提取，依次测定不同SO2溶液处理的紫苏
幼苗的幼叶中叶绿素 a和叶绿素 b的含量，取 0.5 g幼
叶先用2 mL纯丙酮进行提取研磨，然后再用80%的丙
酮研磨提取，用 80%丙酮做对照，在 645 nm和 663 nm
处测定OD值，计算出其幼叶中叶绿素含量(mg/g)的总
量，进行分析比较。
1.2.3 可溶性糖含量和丙二醛(MDA)含量 分别称取不
同SO2溶液处理的紫苏幼苗0.8 g，用 10%的TCA进行
提取研磨，4000 r/min离心 10 min，取上清液即得到提
取液，取 2 mL提取液与 2 mL的 0.6%硫代巴比妥酸混
匀，于沸水浴中反应15 min，离心取上清液，以2 mL蒸
馏水代替提取液作为空白对照在 532、450和 600 nm
处测定OD值，计算可溶性糖含量(μmol/g)和MDA含
量(nmol/g)。
1.2.4 过氧化物酶(POD)活性 用分光光度法，分别称
取不同 SO2溶液处理的紫苏幼苗 0.8 g，用 0.02 mol/L
的KH2PO4溶液进行冰浴提取研磨，与4000 r/min下离
心 15 min，取上清液与 25 mL容量瓶中定溶。取酶液
1 mL与 3 mL反应液混匀，以 1 mL 0.02 mol/L的
KH2PO4溶液代替酶液做空白对照，在 470 nm 处
测定吸光度，每隔 1 min读数一次，计算 POD活性
[U/(g· min)]。
1.2.5 多酚氧化酶(PPO)活性 分别称取不同 SO2溶液
处理的紫苏幼苗0.4 g，用磷酸缓冲溶液进行冰浴提取
研磨，与 3000 r/min下离心 15 min，取上清液与 25 mL
容量瓶中定溶，取0.1 mL酶液与3.9 mL磷酸缓冲液与
1 mL 0.1 mol/L邻二苯酚溶液混匀，用蒸馏水代替酶液
做空白对照，于 525 nm下测定分光光度值，计算PPO
含量[U/(g· min)]。
1.3 数据分析
利用 Excel和 SPSS软件对实验数据进行统计
分析。
··152
2 结果与分析
2.1 不同浓度SO2对紫苏种子发芽率、发芽势及发芽指
数的影响
由表 1可得，随着SO2浓度的逐渐上升，发芽率呈
现先上升后下降的趋势，在 1.5 mmol/L时其发芽率达
到最大值，与对照差异显著，为对照的 125.24%；但当
浓度高于 1.5 mmol/L后紫苏种子发芽率出现下降趋
势。紫苏种子发芽势和发芽指数变化的趋势与发芽
率近乎相同，即先上升后下降，在 1.5 mmol/L浓度时
达到最大，与对照差异显著，分别为对照的 172.76%
和 128.4%，这可能是由于SO2的处理提前打破了紫苏
种子的休眠期，使紫苏种子外面的蜡质硬壳分解，提
高其透水性和透气性，从而提高了种子的发芽势。并
且SO2的处理可能提高了种子的抗逆性，增强了种子
内抗氧化酶和脂肪酶的活力，使其种子的活力提高，
从而提高了种子的发芽指数。并且在一定范围内不
同浓度的SO2都可提高种子的发芽势、发芽率及发芽
指数。
表1 不同浓度SO2对紫苏种子发芽率、发芽势及发芽指数的影响
SO2浓度/(mmol/L)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
发芽率/%
68.67 c
75.33 bc
78.0 b
86.0 a
80.67ab
75.33bc
发芽势/%
23.33 d
40.67 bc
36.0 cd
50.67 a
44.67 ab
44.0 ab
发芽指数
8.37c
9.27bc
9.28bc
10.75ab
9.85ab
9.73a
注：同一列中不同字母表示5%水平的差异显著性，下同。
2.2 不同浓度SO2对紫苏幼苗叶绿素含量的影响
由图 1得知，随着SO2浓度的逐渐上升，紫苏幼苗
叶绿素含量也大体呈上升趋势，其中以 2.5 mmol/L浓
度时效果最为显著，其含量为对照的112.1%。虽然在
1 mmol/L浓度时叶绿素含量下降，但仍然是对照的
101.91%。总的来说，在一定范围内不同浓度的SO2或
多或少都有利于叶绿素的积累，而叶绿素含量的高低
直接代表植物进行光合作用能力的强弱，表明SO2有
利于光合作用和植物提高对外界不利环境的适应
能力。
2.3 不同浓度SO2对紫苏幼苗可溶性糖含量的影响
可溶性糖是一种渗透调节剂，也是合成其他有机
溶质不可或缺的因素，并且在细胞内无机离子浓度高
时起着保护酶类的作用，增加其含量对于植物细胞调
节渗透压起着重要作用，有利于增强植物对逆境的适
应性。从图2可以看出，不同浓度SO2对紫苏幼苗可溶
性糖含量具有一定的影响，其中以 1.5 mmol/L处理效
果最好。说明在萌发过程中，适当浓度的SO2可以提
高紫苏种子的抗胁迫能力，通过增大脂肪酶活性来提
高可溶性糖含量，来增强对外界环境的适应能力。但
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5SO2浓度/(mmol/L)
叶
绿
素
含
量
/(mg
/g)
图1 不同浓度SO2对紫苏幼苗叶绿素含量的影响
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5SO2浓度/(mmol/L)
可
溶
性
糖
含
量
/(
m
ol/g)
图2 不同浓度SO2对紫苏幼苗可溶性糖含量的影响
潘瑞青等：外源SO2对紫苏种子萌发的影响 ··153
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
过高过或过低浓度的SO2也可能会抑制其酶的活性，
从而对植物造成一定的伤害作用。
2.4 不同浓度SO2对紫苏幼苗MDA含量的影响
MDA含量的高低在一定程度上反映了植物遭受
逆境伤害和膜脂过氧化的程度，其含量越高，代表着
植物受逆境伤害的程度越大。由图 3可知，不同浓度
的SO2处理紫苏后其幼苗MDA的含量均低于对照中
MDA的含量，特别是在1.5 mmol/L都可增加其保护性
酶活力，通过及时清除MDA使植物细胞膜质氧化减
小，增强植物的抗逆性。
2.5 不同浓度SO2对紫苏幼苗POD活力的影响
过氧化物酶POD在植物应对环境胁迫时起着重
要的作用，和SOD、APX等酶类共同担负清除H2O2和
氧自由基等氧化物的作用。它能催化H2O2产生H2O，
缓解和避免了膜内不饱和脂肪酸被H2O2氧化，从而维
持了细胞膜的稳定性和完整性，提高了植物抗逆性。
由图 4可看出，不同浓度SO2处理均导致幼苗POD活
力的上升，其中在 1.5 mmol/L浓度时 POD活性最大，
为对照的 139%。说明在一定浓度范围内进行 SO2处
理都可以提高紫苏幼苗的POD活性，有利于清除植物
细胞内的过氧化物，保护植物的正常生长。
2.6 不同浓度SO2对紫苏幼苗PPO活力的影响
PPO是植物呼吸作用末端氧化酶的一种，其作用
是催化多种简单酚类物质氧化形成醌类化合物，并进
一步聚合形成褐色、棕色或黑色的聚合物，若植物细胞
积累太多PPO，则植物叶片颜色呈现褐色，而不利于植
物生长。研究结果表明（图5），PPO的活性随着SO2浓
度的增加呈现先下降后上升的趋势，在 1.5 mmol/L时
活性最低，只有对照组活性的65.2%。然而当SO2浓度
达到2.0 mmol/L时，PPO活性急剧上升，表明一定浓度
的SO2可以降低PPO的积累。
3 结论与讨论
关于提高紫苏的发芽率，前人已从不同的角度进
行研究，但在关于从气体信号分子方面着手提高紫苏
种子发芽率还是一个空白领域。因此，本研究旨在用
SO2这一气体信号分子研究其对紫苏种子发芽率以及
各种生理生化的影响，来探究提高紫苏种子萌发的新
途径。
本研究结果表明，适当浓度的外源SO2可以提高
种子的发芽率、发芽势及发芽指数，其中以1.5 mmol/L
浓度时的促进效果最好，这表明SO2可以增加幼苗的
抗胁迫能力，从而打破紫苏种子的休眠，提高发芽率。
低浓度的SO2处理可以提高植物的叶绿素含量，而叶
绿素的含量不仅对光合生理，而且在植物抗性生理和
发育生理研究中都有着非常重要的意义，若叶绿素含
量高则代表着光合作用强，对外界环境的适应力及抗
性都大大提高。实验表明SO2可以提高幼苗细胞内的
可溶性糖含量，可溶性糖是一种非常重要的渗透调节
0
1
2
3
4
5
6
7
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5SO2浓度/(mmol/L)
MDA
含
量
/(nm
ol/g)
图3 不同浓度SO2对紫苏幼苗MDA含量的影响
050
100150
200250
300350
400450
500
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5SO2浓度/(mmol/L)
图4 不同浓度SO2对紫苏幼苗POD活力的影响
P
O
D
活
力
/[
U
/(
g·
m
in
)]
0
1
2
3
4
5
6
7
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5SO2浓度/(mmol/L)
图5 不同浓度SO2对紫苏幼苗PPO活力的影响
P
P
O
/[
U
/(
g·
m
in
)]
··154
剂，有利于增强植物对逆境的适应性。而紫苏种子含
有大量的人类所需必须的α-亚麻酸，其含量可高达
50%~70%[16]。在种子萌发的过程中，α-亚麻酸可以在
酶的作用下经过一系列步骤转变为蔗糖，并转运至胚
轴供生长利用[17]。因此，SO2可能是提高了水解酶的活
性，从而提高了其可溶性糖含量。与对照组相比，SO2
大大的降低了MDA的含量，表明了在发芽过程当中，
用 SO2处理的紫苏种子受到了外界胁迫伤害较小。
POD作为细胞内主要的清除过氧化物和氧自由基的
酶之一，其活性的高低影响着植物的抗氧化能力。本
研究表明SO2可以提高过氧化物酶POD的活性，且在
1.5 mmol/L浓度时达到最佳，为对照组的139%。说明
用适当浓度的外源SO2处理种子可以提高植物的抗氧
化胁迫能力。
在植物体中硫元素的代谢途径在一系列的酶催化
反应生成H2S参与细胞生理反应的[18]，而H2S已经被公
认为继NO和CO之后的第 3种内源气体信号分子，
H2S能够提高CAT、POD、SOD的酶活力，降低质膜透
性MDA含量，从而能提高植物在逆境胁迫条件下的
抗氧化能力[11]。SO2对植物细胞的作用极大可能是通
过增大细胞的H2S含量而参与植物细胞生理反应，从
而提高植物的抗逆性。因此SO2对紫苏种子萌发的影
响很可能是通过增加内源性H2S的含量以提高紫苏种
子的抗氧化能力，并且打破其休眠、提高其发芽率。本
研究从气体信号分子方面寻求到了提高紫苏种子萌发
的更有效途径。SO2是否能够作为一种新型的气体分
子参与细胞的生理反应有待更多的研究去证实，但目
前SO2作为一种新型的药物开发途径已经引起了广大
学者的关注。张春平等 [19]用外源 NO供体硝普钠
(SNP)处理紫苏种子，表明了气体信号分子NO可以提
高紫苏种子的发芽率及抗氧化能力，这与本实验有异
曲同工之处。本研究表明了一定浓度的SO2气体信号
分子在紫苏种子萌发中起到了促进作用，也可以提高
其抗氧化胁迫能力，进一步表明了SO2有可能作为一
种新型的气体信号分子参与细胞的各种应激反应。但
本研究对SO2在紫苏种子萌发过程中的信号转导以及
其激活活性氧清除酶的机制还需要进一步开展更加深
入的研究。
参考文献
[1] 中国医学科学院药用植物资源开发研究所.中国药用植物栽培学
[M].北京:农业出版社,1991:1075-1076.
[2] 李鹏,朱建飞,唐春红.紫苏的研究动态[J].重庆工商大学学报·自然
科学版,2010,27(3):271-275.
[3] 余小林,徐步前,胡卓炎,等.两种紫苏水溶性色素物质化学性质的
研究[J].华南农业大学学报,2001,22(1):85-87.
[4] 郭烨,杨丹青,易海斌,等.紫苏籽油研究进展概述[J].江西食品工业,
2011(2):43-45.
[5] 余华.对紫苏资源开发利用的研究[J].四川省食品与发酵,2001,36
(3):31-34.
[6] 李荣冲,沈亮余,梁晶龙,等.高温高湿胁迫下茉莉酸甲酯对紫苏种
子萌发及生理特性的影响 [J].西北植物学报,2012,32(2):0312-
0317.
[7] 吕桂云,邢玉.赤霉素对紫苏种子发芽特性的影响[J].农业工程技
术(温室园艺),2008(7):34-35.
[8] 杜锦华,刘东玲,常海飞,等.不同温度处理对香紫苏种子萌发特性
的影响[J].安徽农业科学,2010,38(29):16227-16229.
[9] 王计平,史华平,张玲慧,等.磁场处理紫苏种子的生物学效应[J].核
农学报,2013,27(11):1670-1674.
[10] 郭希凯.二氧化硫调节铝和干旱胁迫下小麦种子萌发的信号机理
研究[D].合肥:合肥工业大学,2012.
[11] Sunver J, Ballester F, Tertre A L, et a1. The association of daily
sulfur dioxide air pollution levels with hospital admissions for
cardiovascular disease in Europe(the Apheall study) [J]. Eur Heart,
2003(24):752-760.
[12] 金红芳,杜淑旭,赵霞,等.内源性二氧化硫对心血管系统的调节意
义[J].北京大学学报:医学版,2007,39(4):423-425.
[13] Nouchi I. Responses of whole plants to air pollutions[A]. Air
Pollution and Plant Biotechnology, Tokyo:Springer-Verlag,2002:4-8.
[14] 夏宗良,刘全军,武珂,等.二氧化硫胁迫对玉米幼苗叶片膜脂过氧
化和抗氧化酶的影响[J].玉米科学,2009,17(4):51-54.
[15] Inzé D, Van Montagu M. Oxidative Stress in Plants[M]. NewYork:
Taylor and Francis,2002.
[16] 李敏,王先萍,王力军,等.不同处理方式对苏子种子萌发的影响[J].
园艺与种苗,2013(7):53-56.
[17] 汤绍虎,罗充,罗安才,等.植物生理学实验教程[M].重庆:西南师范
大学出版社,2012.
[18] Rausch T, Wachter A. Sulfur metabolism a versatileplatform for
launching defence operations[J]. Trends Plant Sci,2005(10):503-
505.
[19] 张春平,何平,杜丹丹等.外源NO供体硝普钠(SNP)对盐胁迫下紫
苏种子萌发及幼苗抗氧化酶活性的影响[J].中药材,2011,34(5):
665-669.
潘瑞青等：外源SO2对紫苏种子萌发的影响 ··155