全 文 ：第 27卷 第 2期 青 海 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Vol.27No.2
2009年 4月 JournalofQinghaiUniversity(NatureScience) Apr.2009
Na2 CO3 胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发中水分
吸收及膜透性的影响
卢素锦 1 , 周青平 2＊ , 颜红波2
(1.青海大学生物科学系 ,青海 西宁 810016; 2.青海大学畜牧兽医科学院 ,青海 西宁 810003)
摘要:为了解 Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发过程中水分吸收及膜透性的影响 ,采用不同
浓度 Na2CO3溶液对朝鲜碱茅草种子进行培养 。结果表明:朝鲜碱茅草种子萌发吸水过程可以
分为 4个阶段 ,朝鲜碱茅草种子的吸水量随着 Na2CO3浓度增高而逐渐降低。不同阶段吸水量
随着 Na2CO3浓度的上升而下降的幅度不同 ,第 1阶段降低幅度较小 ,第 3阶段较大 。当 Na2CO3
浓度大于 4.00%时 ,朝鲜碱茅草种子不萌发 ,吸水停滞于第 2阶段 。朝鲜碱茅草种子的膜透性
在吸胀初始时较大 , 随着时间的延长 , 膜逐渐得以修复。Na2CO3胁迫下 ,膜系统修复受阻 ,
Na2CO3浓度与膜透性正相关极其显著 ,膜修复受阻是 Na2CO3胁迫抑制朝鲜碱茅种子萌发的
重要原因之一。
关键词:Na2CO3胁迫;朝鲜碱茅;萌发;水分吸收;膜透性
中图分类号:Q949.714.2 文献标识码:A 文章编号:1006 -8996(2009)02-0049 -04
Effectsofsodiumcarbonateonwaterabsorptionandmembrane
permeabilityofPuccineliachinampoensisseedsduringgermination
LUSu-jin1 , ZHOUQing-ping2＊ , YANHong-bo2
(1.DepartmentofBiologicalSciences, QinghaiUniversity, Xining810016, China;
2.AcademayofAnimalandVeterinaryMedicine, QinghaiUniversity, Xining810003, China)
Abstract:WaterabsorptionprocessofPuccinelliachinampoensisseedsduringgeminationcould
bedividedintofourphases.Theamountofwaterabsorbeddecreasedgradualyalongwiththe
increasingconcentrationofsodium carbonatesolution.Theamountdecreasedrangewas
diferentwiththeincreasingconcentrationofsodiumcarbonatesolutionindiferentphases, less
inthefirstphaseandmoreinthethirdone.ThePuccinelliachinampoensisseedscouldnot
germinateandwaterabsorbingstoppedatstagetwowhenthesodiumcarbonateconcentration
wasmorethan4.00%.ThemembranepermeabilityofPuccineliachinampoensisseedswerehigh
atthebeginningofimbibition.Butthemembranepermeabilitydecreasedgradualybecausethe
membranerestorationwasinhibitedunderthestressofsodiumcarbonate.Themembrane
permeabilityhadthesignificantpositivecorelationwiththesodiumcarbonateconcentration.
Thesignificantnegativecorrelationbetweenmembranepermeabilityandgerminationpercentage
indicatedthatinhibitionofmembranerestorationwasanimportantreasonthatinhibited
germinationunderthestressofsodiumcarbonate.
Keywords:sodiumcarbonatestress;Puccinelliachinampoensis;germination;waterabsorption;
membranepermeab
收稿日期:2009-03-02
基金项目:农业部资助项目(70401)
作者简介:卢素锦(1969—)女 ,河北任丘人 ,副教授 ,硕士 ,主要从事环境科学研究。＊通讯作者
DOI :10.13901/j.cnki.qhwxxbzk.2009.02.012
青海大学学报 第 27卷
朝鲜碱茅(Puccinelliachinampoensis)为禾本科碱茅属多年生耐盐优良牧草 ,多年来在中国三北地
区的重度盐碱化草场和次生盐渍化土地种植 ,均取得了较好的效果 [ 1, 2] 。朝鲜碱茅属多年生 、密丛型禾
草 ,茎直立或屈曲 ,具 2 ～ 3节 ,顶节位于下部 1/3处 。叶片线形 ,扁平或内卷 ,叶长 3 ～ 8 cm,宽 2 ～ 3
mm,上面微粗糙 ,下面近平滑。圆锥花序开展 ,长 10 ～ 16cm,每节具 2 ～ 3个分枝 ,小穗长 4.5 ～ 6mm,
有小花 5 ～ 7朵。种子纺锤形 ,成熟后紫褐色 ,千粒重 0.1 ～ 0.14 g。朝鲜碱茅保持了野生朝鲜碱茅的耐
盐碱 、抗寒 、耐旱的特点 ,在土壤 pH9.5以上 、表土含盐量 1.5%、年降水量 400 mm的条件下能正常生
长 ,在青海海拔 3 700 m的高寒牧区 ,当气温达到 -36℃时仍能安全越冬 [ 3] 。目前全球盐渍土面积不断
扩大 ,据估计 ,全球盐渍土每年以 1.00×106 ～ 1.50×106 hm2的速度增长 ,土壤的盐渍化已成为重要的
环境问题[ 4, 5] 。青海盐渍化土壤面积大 ,盐渍土造成了牧草根系环境渗透势的降低及高浓度 Na+等离子
效应 ,影响代谢调节 ,引起土壤 pH的升高 ,使草原生态环境恶化 。植物在盐胁迫下 ,其生长发育通常会
受到抑制 ,国内外的许多学者对此进行了大量的研究和探讨 ,并提出了 “盐害假说 ”[ 6 ～ 8] 。若能利用朝鲜
碱茅较强的耐盐能力来推动朝鲜碱茅在盐渍土地区广泛种植 ,改良 、利用盐渍土 ,将会取得巨大的经济
效益和生态效应 。本试验采用 16个不同浓度 Na2CO3溶液在培养皿中对朝鲜碱茅种子进行培养 ,测定其
在整个萌发过程中 ,不同时期 、不同浓度下吸水量及膜透性的变化 ,以探讨各种不同浓度 Na2CO3抑制朝
鲜碱茅种子萌发的生理机制 ,为朝鲜碱茅在盐碱胁迫下出现的生理变化和耐盐性提供形态学依据 ,为朝
鲜碱茅在青海省内大面积推广应用 ,成为高寒地区生长的优良草种和当家品种有重要意义 。
1 材料与方法
1.1 试验材料
2008年采集青海省海北州海晏县三角城地区的朝鲜碱茅种子 ,自然晾干试验备用 。用蒸馏水配制
浓度分别为 0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%、1.75%、2.00%、2.25%、2.50%、2.75%、
3.00%、4.00%、5.00%和 6.00%的 Na2CO3溶液 。
1.2 测定方法
1.2.1朝鲜碱茅种子萌发过程吸水量的测定 　在洁净的培养皿中放入滤纸 ,分别加入浓度为 0、0.25%、
0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%、1.75%、2.00%、2.25%、2.50%、2.75%、3.00%、4.00%、 5.00%和
6.00%的 Na2CO3溶液至滤纸饱和为止 。准确称取 0.3 g朝鲜碱茅草种子均匀撒播于含有不同浓度盐溶
液的培养皿中 ,将培养皿置于 25℃ ±1℃温箱中进行培养 ,分别于播种后的第 1天 、第 7天 、第 14天 、第
21天取出所播朝鲜碱茅草种子 ,称其鲜重 W1 ,然后再置于 105℃烘箱中烘干至恒重 ,称其干重 W2 ,重复
3次 。1g朝鲜碱茅草种子的吸水量按下式计算:
W =(W1 -W2 -W3)/0.3(W3表示 0.3g朝鲜碱茅草种子本身的含水量)[ 9 ～ 11]
发芽率(%)=发芽种子数 /供试种子数 ×100[ 9 ～ 11]
1.2.2 朝鲜碱茅种子萌发过程膜透性的测定 　在洁净的培养皿中放入滤纸 , 分别加入浓度为
0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%、1.75%、2.00%、2.25%、2.50%、2.75%、3.00%、 4.00%、
5.00%和 6.00%的 Na2CO3溶液至滤纸饱和为止 。准确称取 0.3g种子均匀撒播于含有不同浓度盐溶液
的培养皿中 ,将培养皿置于 25℃ ±1℃温箱中进行培养 ,于播种后的第 1天 、第 7天 、第 14天 、第 21天分
别将播下的朝鲜碱茅草种子取出 2份 ,用重蒸水冲洗数次(至洗液电导率与重蒸水相同),再用滤纸吸干
表面浮水 ,装入 50 mL的烧杯中 ,然后加入 30 mL重蒸水 ,置于 25℃ ±1℃温箱中浸泡 6 h。取其中 1份
直接测其电导率(γ1),另 1份在沸水浴中煮 10min后 ,静置至室温 ,再测其电导率(γ2),重复 3次。以相
对电导率表示膜透性 ,按如下公式计算:
相对电导率 =γ1 /γ2 ×100%[ 9 ～ 11]
2 结果与分析
2.1 不同浓度 Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅种子萌发过程吸水的影响
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第 2期 卢素锦等:Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅草种子萌发中水分吸收及膜透性的影响
在种子萌发过程中 ,水是必不可少的条件 。种子吸收水分是种子独立生活的第一步。朝鲜碱茅种子
吸收水分可以分为 4个阶段。第 1阶段为吸涨吸水阶段 ,第 2阶段为缓慢吸水阶段 ,第 3阶段为种子萌发
后的再次快速吸水阶段 ,第 4阶段为不再吸水阶段。在第 1阶段时种子的吸水速度较快 。因为这一阶段主
要是依靠种子内部的胶体吸涨吸水 ,和种子的代谢活动无关。在不同浓度 Na2CO3胁迫下 ,朝鲜碱茅草种
子都能进行快速的吸涨吸水 ,萌发 24 h后 ,不同处理的种子吸水量均达种子风干重的 50%以上。但是 ,
由于 Na2CO3使朝鲜碱茅种子萌发的外部环境溶液的渗透势降低 ,从而减小了种子细胞内外的水势差 ,
最终影响种子的吸涨吸水量 。Na2CO3浓度越高 ,对朝鲜碱茅种子吸涨吸水的抑制作用越大(见图 1)。浓
度为 6.0%的 Na2CO3胁迫下 ,吸涨 24h的种子吸水量为无 Na2CO3胁迫的 76.07%。由此可以看出 ,在一
定浓度范围内 , Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅种子吸涨吸水的影响相对较小。24h以后 ,不同处理的朝鲜碱茅
种子均进入第 2阶段。此时 ,种子的吸水速度极低。该阶段所持续的时间随 Na2CO3浓度的不同而不同。
Na2CO3浓度越大 ,持续的时间越长。无 Na2CO3处理的朝鲜碱茅种子从吸涨后到第 7天 ,一直处于缓慢
吸水阶段。Na2CO3浓度大于 4.00%时 ,种子在吸涨第 7天后 ,含水量基本维持平衡 ,不再吸水。种子萌发
实验表明 ,播种后第 4天 ,已陆续有朝鲜碱茅种子萌发 ,但随着 Na2CO3浓度增大 ,种子开始萌发的时间
后延 。萌发后 ,种子开始进入第 3阶段(种子萌发后的再次快速吸水阶段)。无 Na2CO3处理的朝鲜碱茅种
子播种后第 7天起含水量急增 ,到第 14天 ,达种子鲜重的 78.32%。随着 Na2CO3浓度的提高 ,种子的发
芽率和根茎比下降 ,朝鲜碱茅种子进入吸水第 4阶段的时间后延 ,吸水速度和吸水量也降低 ,且降低的
幅度较大。Na2CO3浓度大于 4.00%时 ,该阶段吸水速度比较缓慢 ,已不明显 。Na2CO3浓度大于 5.00%
时 ,没有种子萌发 ,也不存在萌发后的急速吸水阶段 。由此可见 ,朝鲜碱茅种子吸水的第 4阶段是和萌发
密切相关的 。
图 1 Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅种子萌发不同阶段吸水率的影响
2.2 Na2CO3胁迫对朝鲜碱茅种子萌发过程膜透性的影响
对于干燥的种子 ,其膜系统是不完整的 ,这种膜的不完整性是在种子吸涨过程中得以修复与重建
的 [ 12] 。渗透调节物质在盐胁迫下 ,由于细胞外的水势低于胞内 ,细胞不仅不能吸收到水分 ,而且内部水
分会向外倒流 ,引起细胞的失水 。为保持胞内的水分 ,维持细胞的正常生理代谢 ,细胞通过渗透调节 ,降
低胞内水势 ,使水分的跨膜运输朝着有利于细胞生长的方向流动。参与渗透调节的无机离子主要有
Na+、K+和 Cl-[ 13] 。因此 ,种子在初始吸涨吸水时 ,会有溶质从细胞内渗出来。不同浓度的 Na2CO3胁迫下
的朝鲜碱茅种子在初始吸涨时 ,其渗出液的电导率都比较高 ,但随着时间的延长 ,均有不同程度地降低。
这说明随着种子萌发时间的延长 ,种子含水量的增加 ,膜的不完整性得以修 复 ,从而导致膜透性降低。
但由于 Na2CO3浓度不同 ,其修复的程度也不同 。电导率几乎所有的环境胁迫都与膜系统透性升高有关。
维持膜系统的完整性 ,使其发挥正常功能对植物的代谢是十分重要的 。在盐胁迫条件下 ,细胞质膜首先
受到盐离子胁迫影响而产生胁变 ,导致质膜受伤。质膜胁变最明显的表现是质膜透性增加。电导率的大
小能直接反映质膜受伤害的程度:数值越大 ,质膜受到的伤害也越大。许多实验都表明 ,电导率的大小在
表明植物耐盐性指标中有一定参考意义 [ 14] 。无 Na2CO3处理的朝鲜碱茅种子在吸涨 24h时 ,浸出液的相
对电导率为 16.10%,至萌发第 7天降至 10.50%,为初始电导率的 65.22%并趋于稳定 ,这表明种子膜
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青海大学学报 第 27卷
已基本得到修复 。而在浓度为 6.00%的 Na2CO3胁迫下 ,萌发第七天时的朝鲜碱茅种子浸出液的电导率
达 26.90%,为初始电导率的 167.08%。由此可以看出 ,在 Na2CO3胁迫下 ,种子萌发过程中正常的膜修
复作用受到阻碍 , Na2CO3浓度越大 ,种子膜修复越困难。播种后第 1天 、第 7天 、第 14天 、第 21天 ,种子浸
出液的电导率均与胁迫的 Na2CO3浓度成极其显著的正相关关系(见图 2)。播种后第 14天 ,种子浸出液
的电导率与发芽率负相关极其显著(见图 3,相关系数 r=-0.9477)。
图 2 相对电导率与 Na2CO3 浓度的关系 图 3 Na2CO3浓度与相对电导率 、发芽率的关系
3 讨论
盐分对种子萌发的影响一般归结为渗透效应与离子效应 [ 15] 。种子耐盐性的实质是种子萌发过程中
对盐分造成的渗透与离子效应的综合适应 ,而生态因子(如盐分类型和温度等)则通过改变盐溶液渗透
效应与离子效应的大小来影响种子耐盐性[ 16] 。本实验的结果表明 ,渗透胁迫是 Na2CO3抑制朝鲜碱茅种
子萌发的原因之一。Na2CO3抑制朝鲜碱茅种子的吸涨吸水是通过直接降低环境的渗透势 ,从而减小了
种子细胞内外的水势差而造成的。朝鲜碱茅种子萌发以后迅速吸水的原因主要是由于种子内储藏物质
水解为渗透性强的小分子 ,降低了细胞内的溶质势 ,使种子能够通过渗透作用而大量吸水。所以 Na2CO3
胁迫下 ,朝鲜碱茅种子萌发后的第 3阶段吸水量降低 ,吸水受阻。导致此结果的原因除了 Na2CO3直接的
渗透胁迫外 ,还可能是由于 Na2CO3胁迫下 ,种子内储藏养料的水解受阻 ,细胞内维持较高的渗透势的缘
故 [ 17 ～ 20] 。
Na2CO3胁迫下 ,种子膜的修复受阻很可能是其抑制朝鲜碱茅种子萌发的一个非常重要的原因。王
建波等 [ 18] 对盐生植物种子萌发的研究结果表明 ,盐胁迫下 ,细胞膜及内膜系统修复受阻 ,和本研究结果
一致。朝鲜碱茅种子在盐溶液中吸涨时 ,细胞内积累了高浓度的离子 ,过量的离子使得细胞内膜系统和
细胞器的分室和重建过程受阻 ,从而阻碍了细胞器内正常的生理代谢活动的进行 ,最终表现为朝鲜碱茅
种子发芽率降低 。朝鲜碱茅种子的膜透性和发芽率负相关极其显著 ,也说明 Na2CO3胁迫导致种子膜修
复受阻 ,膜透性增大是 Na2CO3抑制朝鲜碱茅种子萌发的重要原因之一 。
参考文献:
[ 1] 徐安凯.耐盐优良牧草 ——— 碱茅 [ M] .北京:台海出版社 , 2001.4 -5.
[ 2] 贾慎修.中国饲用植物志 [ M] .北京:科学出版社 , 1987.161 -164.
[ 3] 武保国.朝鲜碱茅 [ J] .农村养殖技术 , 2003(14):27.
[ 4] HealA, JohnJA.AGerminationResponseofCassiasennaLseedssodiumsaltsandtemperature[ J].JournaloftheUniversityofKuwait.
1989, 16(2):281-287.
[ 5] RehmanS.TheefectofsodiumchlorideontheCa2+、K+andNa+concentrationsoftheseedcoatandembryoofAcaciatortillas[ J].
Annu-alsofAppliedBiology, 1998, 133:269-279.
(下转第 59页)
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第 2期 张卫华 , 董汇泽:超声波处理抱茎獐牙菜种子萌发试验研究
为 22.0%和 97.0%,比对照相对提高 54.5%和 16.5%。
3 结论与讨论
(1)超声波(40KHz、50W)处理 20 ～ 50min,对抱茎獐牙菜种子的萌发具有一定的促进作用 ,处理
种子比对照提前 2 ～ 3d发芽 。其中以超声波处理 35 min效果较好 ,种子的发芽势和发芽率比对照相对
提高 59.3%和 17.8%,表明采用超声波处理能明显促进抱茎獐牙菜种子的萌发 。超声波对种子的影响
最终反映在种子发芽上 ,超声波的生物学效应主要是由空化作用引起 ,低强度超声波作用于种子的细
胞 ,会产生胞内微流 、胞内质的旋转及涡流运动 ,提高细胞膜和细胞壁的穿透性 ,促进了种子的新陈代
谢 [ 5] 。从物理学的角度来看 ,种子获得能量后引发了一系列反应 ,使得某些关键的酶的活性增强 ,从而
打破了种子的休眠 ,促使种子萌发。
(2)抱茎獐牙菜种子经超声波和赤霉素相结合共同作用后 ,促进了种子的萌发 ,产生了相长的效
果 。其中以超声波作用 35min、赤霉素浓度 1 200mg/kg、浸种 18 h效果较为明显 , 种子的发芽势和发芽
率比对照相对提高 54.5%和 16.5%。其作用机理还有待于进一步探讨。
参考文献:
[ 1] 杨君丽 ,郑曙东 ,董汇泽 .赤霉素对藏茵陈种子萌发能力的影响 [ J].安徽农业科学 , 2008(27):11788 -11789.
[ 2] 苏 旭 ,吴学明 ,刘玉萍.川西獐牙菜种子萌发特性的研究 [ J].中国农学通报 , 2006, 22(2):216-218.
[ 3] 魏卫东 ,王得贤 .两种藏茵陈植物种子萌发能力研究初报 [ J].种子 , 2006, 25(9):80-81.
[ 4] 丁志山 ,沃兴德 .超声波的生物学效应及其在转基因中的应用 [ J].生命科学 , 1997, 27(4):187 -189.
[ 5] 杨红兵.超声技术在农业上是应用现状与前景 [ J].农机化研究 , 2004(1):202-204.
[ 6] 冯 璐.植物育种的物理学方法 [ J] .草业科学, 2005, 22(12):63 -66.
[ 7] 董汇泽 ,杨君丽 ,张生菊 .超声波对野生柴胡种子萌发及活力的影响 [ J].中国种业 , 2005(12):46-47.
[ 8] 李 刚 ,王乃亮 .超声波处理对当归种子萌发及活力的影响 [ J] .西北师范大学学报(自然科学版), 2007, 43(3):75-84.
(责任编辑 杨君丽)
(上接第 52页)
[ 6] 王洪春.植物抗性生理 [ J] .植物生理学通讯 , 1981, 5(6):72-73.
[ 7] LevittJ.Responesesofplantstoenvironmentalstress[ M] .NewYork:AcademicPress, 1980.123-126.
[ 8] MunnsRA.Whole-plantresponsestosalinityAustJ.PlantPhysiol[ M] .NewYork:AcademicPress, 1986.143-160.
[ 9] 吴晓霞 ,高红明 ,张 彪 ,等.低浓度 Na2CO3胁迫下星星草幼苗保护酶活性与活性氧之间的关系 [ J].草业学报 , 2004, 13(6):87-
91.
[ 10] 孙国荣 ,王建波 ,曹文钟 ,等.Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶绿体 GST活性变化及其与相关指标的关系 [ J] .西北植物学报 , 2005,
25(12):2495-2501.
[ 11] 孙国荣 ,阎秀峰 ,李 晶 ,等.碱性盐胁迫下星星草幼苗中几种渗透调节物质的变化 [ J] .木本植物研究 , 1999, 3(12):35 -40.
[ 12] WebsterBD, LeopoldAC.Theultrastructureofdryandimbidedcotyledonsofsoybean[ J] .AmerJBot, 1997, 64:1286-1293.
[ 13] RodriguezHG, BobertsJKM, JordanWR.GrowthwaterrelationsandaccumulationoforganicandinorganicsolutesinrootsofMaize
seedlingsduringsaltstress[ J] .PlantPhyiol, 1997, 113:881-893.
[ 14] 张兆英 ,于秀俊.植物抗盐性评价生理指标的分析 [ J] .沧州师范专科学校学报 , 2006, 22(4):51 -53.
[ 15] LevitJ.Reponsesofplantstoenvironmentalstress[ M] .NewYork:AcademicPress, 1980.365-434.
[ 16] YanSG, ShenYY.Efectsofecologicalfactorsonsalt-toleranceofPuccineliatenuifloraseedsduringgermination[ J] .ActaPhyto
ecologicaSinica, 1996, 20(5):414 -422.
[ 17] 石德成 ,尹尚君, 杨国会 , 等.碱胁迫下耐碱植物星星草体内柠檬酸特异积累现象 [ J] .植物学报(ActaBotanicaSinica), 2002,
5(12):112-115.
[ 18] 王建波 ,孙国荣 ,陈 刚 ,等.Na2CO3胁迫下星星草幼苗叶片 PSⅡ 光能利用和耗散与培养基质渗透势的关系 [ J].生态学报 , 2006,
26(1):115-121.
[ 19] 汪月霞 ,孙国荣, 王建波 , 等.NaCl胁迫下星星草幼苗 MDA含量与膜透性及叶绿素荧光参数之间的关系 [ J] .生态学报 , 2006,
26(1):122-129.
[ 20] 韦存虚 ,王建军 ,王建波 ,等.Na2CO3胁迫对星星草叶肉细胞超微结构的影响 [ J] .生态学报 , 2006, 26(1):108-114.
(责任编辑 杨君丽)
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