全 文 ：收稿日期:2014 － 02 － 27
基金项目:国家自然科学基金(编号:31260572) ;贵州省自然基金(编
号:黔科合 J字［2012］2198)资助。
作者简介:陈 莹(1986 －) ，女，贵州独山人;硕士研究生，研究实习员，
主要从事植物生理研究。
通讯作者:王普昶(1981 －) ，男，内蒙古临河人;博士，副研究员，主要从
事草地植物生理生态研究;E-mail:wangpuchang@ 163． com。
干旱高钙对多花木兰和木豆种子萌发的交互影响
陈 莹， 王普昶， 曾庆飞， 舒健虹， 杨春叶
(贵州省草业研究所， 贵阳 550006)
摘要:干旱与高钙已成为岩溶地区鲜明的生境特征，是限制该地区植被恢复与重建的主要因素。以多花木兰和木豆种子
为试材，采用聚乙二醇(PEG-6000)设置(0 MPa、－ 0． 2 MPa、－ 0． 4 MPa、－ 0． 6 MPa、－ 0． 8 MPa、－ 1． 2 MPa)模拟不同程度
干旱胁迫，以 CaCl2 设置(0 mmol /L、5 mmol /L、15 mmol /L、30 mmol /L、50 mmol /L)模拟高钙胁迫研究单一和交互作用下
种子的萌发特征。结果表明:随着干旱胁迫的增强，多花木兰种子发芽率呈现二次函数变化趋势(p ＜ 0． 01) ，而木豆的
发芽率呈现负二次函数变化趋势(p ＜ 0． 01) ;随着 Ca2 +胁迫的增强，多花木兰的发芽率呈现直线下降趋势(p ＜ 0． 05) ，而
木豆的发芽率呈现负二次函数变化趋势(p ＜ 0． 01) ;不同干旱与 Ca2 +交叉胁迫处理，发现多花木兰和木豆种子萌发率对
干旱与高钙交互效应不明显。
关键词: Ca2 +胁迫;干旱胁迫;交互作用;发芽率
中图分类号: S 332． 1 文献标志码: A 文章编号: 1001 － 4705(2014)08-0012-05
Interactive Effect of High Calcium and Drought on Seed Germination
of Magnolia multiflora and Cajanus cajan
CHEN Ying，WANG Pu-chang，ZENG Qing-fei，SHU Jian-hong，YANG Chun-ye
(Guizhou Institute of Prataculture，Guiyang 550006，China)
Abstract:Drought and high calcium have been the distinctive ecological characteristics in karst areas，which
are the main restrictive factors of vegetation restoration and reconstruction in the region． In this work，seeds of
M． multiflora and C． cajan were used as tested materials，polyethyleneglycol-6000 was set to 0 MPa，－ 0． 2
MPa，－ 0． 4 MPa，－ 0． 6 MPa，－ 0． 8 MPa and － 1． 2 MPa，respectively，simulating high calcium stress，to
research the seed germination characteristics under single action and the Interaction． The results showed that
with the enhancement of drought stress，the germination rate of seed of M． multiflora rendered the changing
trend of quadratic function (p ＜ 0． 01) ，while the germination rate of seed of C． cajan rendered the changing
trend of negative quadratic function (p ＜ 0． 01) ;with the increasement of Ca2 + stress，the germination rate of
seed of M． multiflora rendered the linear downward trend (p ＜ 0． 05) ，and the germination rate of seed of
C． cajan rendered the changing trend of negative quadratic function (p ＜ 0． 01)． After the interactive stress
treatment of different levels of drought and calcium ions，it showed that there was no obvious correlation
between the germination rate of seed ofM． multiflora and C． cajan and the interactive effect of drought and cal-
cium ions．
Key words: calcium stress;drought stress;interactive effect;germination rate
西南岩溶地区是全国面积最大的石漠化地区，因
基岩多为碳酸盐(CaCO3)等可溶性盐类而富钙，土壤
持水能力差而导致频繁干旱，导致干旱与高钙已成为
岩溶地区鲜明的生境特征［1，2］。随着石漠化日趋严
重，对植物的生长发育影响重大，给石漠化治理带来很
大困难，石漠化已成为岩溶地区最严重的地质灾害和
生态灾害［3］。为恢复石漠化地区的生态系统，研究植
物种子对逆境胁迫的响应机制以及提高植物的抗逆能
力已成为当今人们关注的热点问题。关于干旱对植物
萌发的影响一直是国内外学者研究的热点，于军［4］研
究发现，不同浓度的 PEG胁迫处理降低了种子的发芽
率，延缓了矮沙冬青种子的萌发进程，并指出干旱胁迫
可能是导致矮沙冬青种群天然更新能力弱的原因之
一。孙建华［5］研究发现，用渗透势(－ 0． 9 MPa、
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第 33 卷 第 8 期 2014 年 8 月 种 子 (Seed) Vol． 33 No． 8 Aug． 2014
DOI:10.16590/j.cnki.1001-4705.2014.08.041
－ 1． 2 MPa、－ 1． 5 MPa)处理对提高无芒雀麦、苏丹
草、紫花苜蓿等牧草种子发芽率无作用。武冲［6］以麻
楝 6 个种源种子为实验材料，发现种子的发芽率、发芽
势和活力指数均随干旱胁迫强度的增加呈现明显下降
的趋势。近年来，关于高钙胁迫对植物发芽率的影响
也有很多报道，如刘明久［7］研究了钙对小麦种子活力
的影响，发现低浓度的钙离子提高小麦种子发芽率及
种子活力的原因之一是其提高了种子淀粉酶的活力，
高浓度则对其有抑制作用。陈健［8］通过实验发现，低
浓度的钙离子对玉米种子的发芽率和活力均有提高作
用，随着浓度升高作用减弱。王晓理［9］研究发现低浓
度(10 mmol /L)外源钙对生菜种子的萌发具有显著的
促进作用，浓度达到 25 mmol /L 时具有抑制作用。蔡
喜 悦［9］ 认 为，对 干 旱 处 理 组 施 加 中 低 浓 度
(＜ 20 mmol /L)的 CaCl2 可以提高复羽叶栾树种子的
发芽率与鲜质量。目前关于植物高钙、干旱适应机制
的研究主要集中在外源钙提高植物抗旱性方面，但是
关于植物对高钙、干旱适应的互作机制还鲜有报道。
由于气候水文因素和人为的干扰，森林植被的不
合理利用，使得西南岩溶地区森林植被消失，灌木植物
优势相对突出，形成了以适应耐旱性、嗜钙性和石生性
特征强的灌木林［10］，灌丛植被已成为西南喀斯特地区
最具代表性亦最普遍的植被类型［11］。而豆科灌木由
于其植株高大，营养丰富，抗逆性和适应性强，成为了
改良草地和生态治理的宝贵植物资源，具有广泛的开
发利用前景。因此本实验通过选择本土豆科灌木多花
木兰和木豆种子，经不同逆境单一处理以及两种逆境
交叉处理后，分析种子发芽率变化及其差异性，从萌发
角度探讨豆科灌木对不同胁迫交叉适应的可能机理。
1 材料与方法
1． 1 培养实验
实验选用贵州省本土多花木兰与木豆种子，于
2012 年 4 月贵州省草业研究所实验室进行培养。挑
选各种质粒饱满，大小一致的种子用 0． 1%高锰酸钾
消毒 15 min，反复用蒸馏水清洗数遍，待洗净后用蒸馏
水浸种 1 h。
1． 2 干旱与高钙处理
1． 2． 1 PEG干旱胁迫处理
根据文献［12］中 PEG溶液浓度与渗透势的关系，
配置不同渗透势的聚乙二醇(PEG-6000)溶液，渗透势
梯度为 0 MPa、－ 0． 2 MPa、－ 0． 4 MPa、－ 0． 6 MPa、
－ 0． 8 MPa、－ 1． 2 MPa，在各培养皿中放入 40 粒经预
处理的多花木兰与木豆种子，然后分别加入适量的处
理液，每处理 3 次重复，放入培养箱中，白天 25 ℃，夜
晚 20 ℃变温培养，每天光照 12 h，定时定量浇水。
1． 2． 2 Ca2 +盐胁迫处理
分别配置浓度为 0 mmol /L、5 mmol /L、15 mmol /L、
30 mmol /L、50 mmol /L的 CaCl2 溶液，在培养皿中放入
40 粒经预处理的多花木兰与木豆种子，然后分别加入
适量处理液，培养方法同 1． 2． 1。
1． 3 复合交叉处理
处理如表 1(T 1 表示渗透式为 － 0． 2 MPa 与
5 mmol /L Ca交叉胁迫处理) ，种子培养方法同 1． 2． 1。
表 1 交叉胁迫处理
Ca
(mmol /L)
PEG(MPa)
－ 0． 2 － 0． 4 － 0． 6 － 0． 8 － 1． 2
5 T 1 T 5 T 9 T 13 T 17
15 T 2 T 6 T 10 T 14 T 18
30 T 3 T 7 T 11 T 15 T 19
50 T 4 T 8 T 12 T 16 T 20
1． 4 发芽率的测定
于 12 d计算多花木兰与木豆种子的发芽率，发芽
率(%)=发芽种子数 /参与发芽的种子总数 × 100%。
2 结果与分析
2． 1 不同 PEG浓度下多花木兰与木豆种子发芽率
变化
如图 1 所示，随着干旱胁迫的增强，多花木兰的发
芽率呈现二次函数变化趋势，对其相关性进行线性分
析得到回归方程 y = 1． 607 1 x2 － 14． 964 x + 56． 333
(Ｒ2 = 0． 914 5，p ＜ 0． 01) ;在渗透势为 － 0． 6 MPa 时，
发芽率达到最低，而当渗透势大于 － 0． 8 MPa 时，发芽
率缓慢回升。木豆种子的发芽率随着干旱胁迫程度增
强呈现负二次函数 变 化 趋 势，其 回 归 方 程 为
y = － 2． 574 4 x2 + 16． 926 x + 44． 25(Ｒ2 = 0． 696，
p ＜ 0． 01) ，轻中度的干旱胁迫能使木豆的发芽率显著
上升，当渗透势为 － 0． 2 MPa 时，木豆的发芽率达到
最高。
2． 2 不同 Ca2 +浓度下多花木兰与木豆种子发芽率
变化
如图 2 所示，随着 Ca2 +胁迫的增强，多花木兰的
发芽率呈现直线下降趋势，对其相关性进行线性分析
得到回归方程 y = － 7． 5 x + 43． 667(Ｒ2 = 0． 908 9，
p ＜ 0． 01)。而木豆的发芽率随着 Ca2 +胁迫程度增强
呈现 负 二 次 函 数 变 化 趋 势，其 回 归 方 程 为
y = － 2． 142 9 x2 + 8． 190 5 x + 48． 167(Ｒ2 = 0． 995 5，
p ＜ 0． 01) ，说明随着 Ca2 +浓度的增加，对这 2 种灌木
发芽率的抑制能力也随之增强，均在 Ca2 +浓度为 50
mmol /L时发芽率达到最低。
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研究报告 陈 莹 等:干旱高钙对多花木兰和木豆种子萌发的交互影响
图 1 干旱胁迫对多花木兰(A)与木豆(B)种子发芽率的影响
图 2 Ca2 +胁迫对多花木兰(A)与木豆(B)种子发芽率的影响
图 3 高钙干旱交叉胁迫对多花木兰(A)与木豆(B)种子发芽率的影响
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第 33 卷 第 8 期 2014 年 8 月 种 子 (Seed) Vol． 33 No． 8 Aug． 2014
2． 3 高钙干旱交互作用下多花木兰与木豆种子发芽
率变化
从图 3 可以看出，多花木兰的发芽率在不同交互
作用下的表现为:T 8、T 10、T 14 处理对发芽率有提高
作用，T 5、T 9、T 13、T 17 对发芽率有抑制作用;木豆的
发芽率在不同交互作用下的表现为:T 1、T 7 处理对发
芽率有提高作用，T 10、T 11、T 13、T 15、T 17、T 18、T 19
对发芽率有抑制作用。
结合不同渗透势下种子发芽率变化分析发现，中
等浓度的 Ca2 +(15 mmol /L)可以提高多花木兰种子对
中度干旱胁迫(－ 0． 6 MPa、－ 0． 8 MPa)下的发芽率，
低浓度的 Ca2 +(5 mmol /L)抑制了多花木兰对中高干
旱胁迫下的发芽率。低中浓度的 Ca2 +可以提高木豆
种子对轻度干旱胁迫下的发芽率，而中等浓度的 Ca2 +
(15 mmol /L、30 mmol /L)可以抑制木豆对重度干旱
(－ 1． 2 MPa)胁迫下的发芽率;结合在不同 Ca2 +浓度
下种子发芽率变化分析发现，中度干旱可提高多花木
兰种子对中等浓度 Ca2 + (15 mmol /L)胁迫下的发芽
率，中重度干旱可以抑制多花木兰对低浓度 Ca2 +胁迫
下的发芽率。而轻度干旱可提高木豆种子对低中浓度
Ca2 +胁迫下的发芽率，中重度干旱胁迫可以抑制木豆
种子的萌发。
3 讨论与结论
3． 1 干旱对多花木兰与木豆种子萌发的影响
西南地区石漠化日趋严重，干旱缺水的环境特征
严重影响了植物种子的萌发生长，为石漠化治理带来
了很大的困难。关于植物种子萌发对干旱胁迫的响应
已有很多报道，朱慧［13］研究发现，随着干旱胁迫的增
加五爪金龙种子的初始萌发时间延迟，发芽率受到显
著抑制。而本实验对多花木兰和木豆进行干旱胁迫实
验发现:随着干旱胁迫的增强，多花木兰的发芽率呈现
二次函数变化趋势(p ＜ 0． 01) ，而木豆呈现负二次函
数变化趋势(p ＜ 0． 01) ，即随着干旱胁迫的增强，多花
木兰的发芽率受到抑制也随之增强，但是在 － 0． 8 MPa
时出现反弹，发芽率上升，而木豆种子的发芽率在干旱
胁迫处理后显著提高，而后随着干旱胁迫的增强逐渐
降低。
3． 2 Ca2 +对多花木兰与木豆种子萌发的影响
Ca2 +不仅是植物生长发育所必须的营养元素，还可
作为胞内生理生化反应的第二信使与耦联胞外信号，
Ca2 +与其受体蛋白钙调素 CaM 结合后，能有效激活相
关靶酶与非酶蛋白，从而调控植物生理代谢的基因表
达［14 ～ 16］。关于外源钙对植物抗逆生理响应机制的研究
已有很多报道，但是直接以钙作为胁迫因子的研究却很
少，叶利民［17］以栀子花粉为实验材料，发现适宜浓度的
钙促进花粉的萌发，浓度过高萌发会受到抑制。
Ehman［18］研究发现，种子在盐胁迫下，由于渗透胁迫以
及 Ca2 +、Na +、Cl －等毒害作用影响种子发芽率。本实验
研究发现，随着 Ca2 +胁迫的增强，多花木兰的发芽率呈
现直线下降趋势(p ＜0． 05)。而木豆的发芽率呈现负二
次函数变化趋势(p ＜ 0． 01) ，说明随着 Ca2 +浓度的增
加，对这 2种灌木发芽率的抑制随之增强，均在 Ca2 +浓
度为 50 mmol /L时发芽率达到最低。
3． 3 高钙干旱交互作用下对多花木兰与木豆种子萌
发的影响
在自然的环境里，植物受到的胁迫并不是单一存
在的，高钙、干旱是石漠化地区最常见的环境特征。外
源钙对植物抗逆生理响应机制最近也成为关注的焦
点，诸多研究表明，施加外源钙能有效缓解逆境胁迫
(如干旱、低温、高温、盐害等)对植物造成的伤害，改
变 Ca2 +浓度而使钙信使调控相关基因的表达与一些
蛋白和酶的活性从而提高植物对逆境胁迫的适应性。
但是有关植物对干旱与高钙的互作机制还鲜有报道，
所以本实验结合了岩溶地区常见干旱胁迫与钙盐胁迫
对多花木兰与木豆种子进行交叉胁迫处理，实验发现
中等浓度的 Ca2 +可以提高多花木兰种子对中度干旱
胁迫下的发芽率，低中浓度的 Ca2 +可以提高木豆种子
对轻度干旱胁迫下的发芽率。而低浓度的 Ca2 +抑制
了多花木兰对中重度干旱胁迫下的发芽率，但中等浓
度的 Ca2 +抑制了木豆对重度干旱胁迫下的发芽率。
可以看出多花木兰和木豆种子发芽率对干旱与 Ca2 +
交互效应并不明显，而实验结果说明多花木兰和木豆
种子在长期的干旱富钙环境中，可以通过适当的高钙
干旱交互增效作用来提高其对环境的适应性。
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研究报告 陈 莹 等:干旱高钙对多花木兰和木豆种子萌发的交互影响
异与 2 种标记的性质有关，SＲAP 标记所揭示的多态
性是开放阅读框(OＲFs)区域，而不是非基因区域，而
SSＲ标记是由基因组中的微卫星序列差异造成，既可
以揭示基因区的差异又可揭示非基因区的差异。与
SＲAP标记相比 SSＲ标记可以识别更多的 DNA 位点，
可能在杂交种纯度的鉴定中更灵敏。但 SＲAP 标记不
需要专门人员开发，具有成本低、重复性高、多态性好
等特点，也被广泛用于植物遗传多样性分析，遗传图谱
构建等方面［15］。本研究中筛选到了一个 SＲAP 标记
可特异性鉴别均隆油 5 号及父母本，而利用引物组合
法，将几对核心引物扩增的指纹图谱组合起来，可特异
性地鉴别不同品种材料。利用 SSＲ和 SＲAP构建的指
纹图谱库比对程序可极大地方便油菜品种在 DNA 分
子水平上的快速鉴别。
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