全 文 ：收稿日期:2001-04-06＊国家“九五”攻关项目“环渤海低平原现代化高效农业持续发展研究”(96-04-01-06)的部分内容。
　山 东 农 业 科 学 Shandong Agricultural Sciences 2001年　第 5期
硒提高酸模抗盐性的生理及对超微
结构影响的研究＊
孔令安 ,郭洪海 ,董晓霞 ,郑东峰
(山东省农业科学院土壤肥料研究所 ,山东 济南　250100)
　　摘　要:盐渍土壤中加施适量外源硒能够显著提高酸模(Rumex patientia ×R.tianshanicus)生物量 、根/冠
比 、POD活性 、K+/Na+比 、K+、Na+绝对含量及可溶性糖含量;质膜透性 、游离脯氨酸含量降低。盐胁迫下 , 无
论施硒与否 ,酸模表现出盐渍环境中植物的一般特征:大部分细胞膜系统模糊不清;类囊体膨大 , 基粒排列异
常。发现内质网往往与含有细胞碎片或环状膜结构的液泡定向靠近 , 推测内质网可能与细胞器解体释放出的
细胞碎片或环状膜结构的运输并进入液泡以及胁迫离子在液泡中的区域化有关。施硒使酸模叶绿体体积 、形
状及排列方式发生明显改变;叶绿体被膜 、根尖细胞核膜 、线粒体结构有所改善;盐胁迫造成的细胞碎片减少;
叶绿体与线粒体更加靠近。
关键词:酸模;硒;盐胁迫;生理指标;超微结构
中图分类号:S153.61　　文献标识号:A　　文章编号:1001-4942(2001)05-0010-04
Effect of selenium on salt resistance and ultrastructure
of Rumex patientia ×R.tianshanicus
KONG Ling-an , GUO Hong-hai , DONG Xiao-xia , ZHENG Dong-feng
(Institute of Soil and Fertilizer , Shandong Academy of Agricultural Sciences , Jinan 250100 , China)
　　Abstract　In saline soil , supplementing selenium could significantly enhance the biomass , ratio of root and
top , soluble sugar content , POD activity , ratio of K+ and Na+ and absolute concentrations of K+ and Na+ in
Rumex patientia ×R.tianshannicus , and decrease plasmamembrane permeability and free proline content.Under
salt stress , Rumex patientia×R.tianshannicus supplemented with selenium or not showed the same characteristics
as common plants.Cell membrane system was indistinct , thylakoids swelled and the number of grana lamellae re-
duced.Endoplasmic reticula were around the vacuoles inside which there were some decomposed cell pieces.It was
conjectured that endoplasmic reticula played an important role in cells dealing with saline environment.The vol-
ume , shape , arranging-pattern of chloroplasts in R.patientia×R.tianshanicus supplemented with selenium were
significantly changed , the structure of membrane system was improved , chloroplasts were closer to mitochondria than
that of no-supplementing selenium , and the quantity of pieces in cells decomposed for salt stress decreased.
Key words　Rumex patientia×R.tianshanicus , selenium , salt stress , salt resistance , ultrastructure
　　硒作为微量营养元素特别是作为抗氧化剂在
植物抗逆中的作用愈来愈受到人们的重视 ,其生
理作用主要表现为它是一些酶如 GSH -Px、
PHGPX等过氧化物酶的辅助因子 ,并促进这些酶
的活性而起到清除氧自由基的作用;以原料的形
式直接参与蛋白质的合成;为生物体内一种 tRNA
链的组成成分 ,转运氨基酸以合成蛋白质以及硒
本身对不同活性氧的直接非酶促清除作用。但硒
在较高浓度时 ,对生物体会产生毒害作用〔1～ 3〕。
本文对酸模在盐渍环境中不同施硒量下的一些抗
盐生理指标进行了测定 、分析讨论 ,并取材做了电
镜观察研究 ,期望为硒提高植物抗逆性的机理及
10
DOI :10.14083/j.issn.1001-4942.2001.05.002
硒在盐渍土区的应用提供理论依据 。
1　材料与方法
1.1　材料
供试土壤取自山东寿光滨海地区 ,土壤为
NaCl型盐渍土 ,全盐含量为 0.503%, 含硒量为
0.014mg/kg;Se以 Na2SeO3 形式施入 。
1.2　试验设计
土样风干后过筛 ,混匀 ,加基肥后装于 35cm
×25 cm 的瓷盆中 ,每盆装土 12.5kg , 3个重复。
肥料(均为化学试剂)按尿素 0.96g 、过磷酸钙
3.67g 、硫酸钾 0.80g 施入。硒按 0 、0.3 、0.6 、1.0 、
1.5mg/kg 土处理。浇水后每盆播种 5 穴。出苗
后每盆选取大小均匀的幼苗 5株 , 4周后选取部
位一致的材料用于实验室测定生理指标 ,每项指
标3次重复 。另选取最佳硒处理和非硒处理的有
代表性的功能叶及根尖用于电镜观察材料。
1.3　测定方法
游离脯氨酸含量采用茚三酮法测定〔4〕 。K+、
Na+含量采用火焰光度法。可溶性糖含量采用蒽
酮法测定〔4〕 。POD 活性以愈创木酚作底物 , 721
型可见分光光度计上测定反应液在 470nm波长下
的消光度〔5〕 。CAT 活性采用碘量法测定〔5〕 。细胞
质膜透性测定用抽真空和沸水浴杀死后的样品组
织电解质外渗率之比值表示〔6〕 。
1.4　电镜样品的制备及观察
叶片取上数第 4片中部无主脉处 ,切成 1mm2
的小块 ,根尖取 1mm ,用 3%(v/v)戊二醛前固定 ,
1%(v/v)的锇酸后固定 ,酒精逐级脱水 ,渗透 , Ep-
son812包埋 , LKB-V超薄切片机切片 ,醋酸铀和
檬酸铅双染色 ,日产 JEM-1200EX型透射电镜下
观察和拍照。
2　结果与分析
2.1　硒对酸模生长及根/冠比的影响
从表 1可知 ,外源硒明显促进盐渍条件下酸
模的幼苗生长 ,本实验中 4种施硒量使酸模幼苗
生物量分 别提高 50.20%、84.96%、54.39%、
32.42%, 根/冠比分别提高 17.88%、38.01%、
23.93%、17.73%,两项指标增长具有显著的一致
性。值得注意的是 , 当施硒量超过最佳浓度
0.6mg/kg达 1.0mg/kg 时 ,酸模的生长受到影响 ,
根/冠比较 0.6mg/kg 用量下降 14.08%,表明硒浓
度的增加将对酸模的生长造成毒害 。
表 1　　　　酸模生物量及根/冠比的变化
项　　目 施　硒　量(mg/ kg)
0 0.3 0.6 1.0 1.5
生物量(g) 10.24 15.38 18.94 15.81 13.56
根/冠比(FW/ FW) 0.2628 0.3098 0.3627 0.3257 0.3094
2.2　硒对叶片中渗透调节物质含量的影响
2.2.1　硒对有机渗透剂含量的影响
盐渍环境下酸模叶片中游离脯氨酸含量在
0.6mg/kg 施硒量下游离脯氨酸含量最低 ,比对照
减少 24.38%。而可溶性糖含量变化趋势恰好相
反 , 在 0.6mg/kg 施硒量下最高 , 比对照增加
77.74%。另外 ,可溶性糖的变化趋势和生长变化
趋势也存在着显著的一致性 ,说明了可溶性糖在
酸模生长中的重要性 。而游离脯氨酸含量的变化
和生长趋势相反 ,说明游离脯氨酸在本实验条件
下并没有起到积极的作用(表 2)。
表 2　　酸模叶片中有机渗透剂含量的变化
项　　目 施　硒　量(mg/ kg)
0 0.3 0.6 1.0 1.5
脯氨酸含量(‰FW) 0.0689 0.0655 0.0521 0.0598 0.0610
可溶性糖含量(%FW) 1.667 1.826 2.963 2.317 2.217
2.2.2　硒对叶片中无机渗透剂含量的影响
土壤施硒后 ,酸模根部K+、Na+含量降低 ,在
0.6mg/kg 用量下变化最大 ,K+ 、Na+含量分别比
对照降低 25.79%、22.09%,根中 K+/Na+值较对
照降低 4.75%,而非适量硒浓度下 K+/Na+降低
14.04%、12.33%、15.93%。叶中K+、Na+含量明
显上升 , 在 0.6mg/kg 浓度下分别比对照增加
70.47%、22.41%, K+/Na+较对照增加 39.26%
(表 3)。
表 3　　酸模 K+、Na+含量与K+/Na+值的变化
项　　目 部位 施　硒　量(mg/ kg)
0 0.3 0.6 1.0 1.5
K+(%DW) 根叶
5.912
3.837
5.043
5.472
4.387
6.541
4.546
5.923
4.639
5.100
Na+(%DW) 根叶
0.525
1.120
0.501
1.460
0.409
1.371
0.459
1.392
0.490
1.405
K+/Na + 根叶
11.261
3.426
9.679
3.748
10.726
4.771
9.873
4.003
9.467
4.232
2.3　硒对酸模叶片中 POD 、CAT 活性及质膜透
性的影响
由表 4可以看出 ,酸模叶片中 POD活性在低
于0.6mg/kg 施硒量下随硒浓度升高而增强 ,硒浓
度高于 0.6mg/kg 后 , POD 活性呈下降趋势。
0.6mg/kg 施硒量下活 性最高 , 比对照提高
85.60%。相比之下 , CAT 活性略有提高 ,即使在
0.6mg/kg 施硒量下仅提高 6.40%。看来硒对
11
POD活性有直接的影响 ,而 CAT 活性的提高只是
因为细胞内环境的改善有利于 CAT 的生成。细
胞在两种保护酶的作用下 ,细胞质膜透性降低 ,在
0.6mg/kg 施硒量下外渗液电导率下降 21.57%,
说明细胞质膜结构有较大的改善。
表 4　 酸模叶片中 POD 、CAT活性及
细胞质膜透性的变化
项目 施　硒　量(mg/ kg)
0 0.3 0.6 1 1.5
POD活性(■OD470/min·g) 0.778 1.167 1.444 1.067 0.793
CAT 活性(mgH2O2/g·min) 8.276 8.548 8.806 8.513 8.398
质膜透性(%) 38.71 32.58 30.36 34.52 36.10
2.4　盐胁迫下酸模细胞超微结构的一般特征
盐胁迫下叶肉细胞质膜 、核膜 、叶绿体膜 、线
粒体膜以及根尖细胞质膜 、核膜模糊不清 ,有的局
部解体;盐胁迫下变化最明显的是叶绿体 ,表现为
类囊体膨大 、基粒片层和基质片层模糊不清晰 、基
粒片层排列不规则 、有的基粒与基粒之间呈一定
角度 、甚至于垂直 ,无论施硒与否上述现象均可观
察到 ,但施硒后有所好转 。离核较近的叶绿体发
现有垂直于细胞壁而趋向于细胞核排列现象;无
论是叶肉还是根尖细胞中 ,线粒体结构受到破坏 ,
内嵴在电镜下观察若有若无 ,有的线粒体膨大呈
哑铃形 ,它们往往与核靠近。周围有较多或与结
构较好的线粒体相邻的核膜部分比较清晰 ,结构
较好 ,即使在同一细胞中也是如此。细胞质中出
现大小不一的液泡 ,除中央较大的原液泡外(叶肉
细胞),在细胞质中有由于盐激而形成的次生小液
泡;液泡中 ,有的内含细胞受盐激而产生的细胞碎
片或膜状碎片 ,有些碎片在液泡内形成环状膜结
构。值得注意的是这些液泡周围往往有一至多个
内质网 ,并且有的内质网深入液泡内。
2.5　盐渍环境下外源硒处理与非硒处理之间细
胞超微结构的差异
外源硒处理后 ,酸模细胞超微结构发生了明
显的变化 。叶肉细胞叶绿体高度膨胀 ,体积增大 ,
有较多的叶绿体其形状由梭形变成椭圆形或球
形 ,多数叶绿体堆集排列 ,呈一定角度甚至垂直 ,
并且相互接触的叶绿体外膜部分比较清晰 ,即使
非堆集排列的其相互之间接触面积也明显增大。
叶绿体和线粒体更加靠近 , 接触更加紧密。
有的线粒体处于叶绿体的包围之中 ,有的嵌入 2
个叶绿体之间 ,有的处于叶绿体表面的凹沟中(或
已进入叶绿体?),它们的内嵴数目往往多而清晰 ,
外膜较为完整 ,结构明显好于其他线粒体。
含有细胞碎片的液泡或次生液泡减少。根尖
细胞核膜及线粒体被膜比较清晰 ,线粒体数目增
多 ,结构有所好转 ,基质浓密 ,染色深于非硒处理。
非硒处理情况下线粒体结构损害程度较大 ,有的
只有一个轮廓 ,在低倍电镜下观察不到外膜和内
部结构或基质较稀 ,染色明显浅于周围细胞质 ,线
粒体内嵴似有似无。
3　结论与讨论
3.1　硒使酸模叶片中 POD 、CAT 活性增强 ,质膜
透性减小
适量外源硒能明显促进 POD 活性增强 ,CAT
活性也有所提高 。这些酶在清除氧自由基 ,抗膜
脂过氧化作用中起重要作用 ,使细胞质膜及内膜
系统得到良好地保护 ,使得细胞质膜透性降低 ,光
合强度增加 ,植物抗逆性增强 ,从而促进植物的抗
盐生长。
3.2　地上部无机离子和可溶性糖的渗透调节能
力加强
各种可溶性糖均可作为植物的有机渗透剂 ,
一些植物在盐胁迫下利用体内的可溶性糖作为主
要渗透剂〔7〕 ,而且可溶性糖又可为细胞提供更多
而又较直接的能量来源。酸模施硒后 ,可溶性糖
含量的增加可能是植物体内状况改善 、能耗减少
以及内膜系统改善 、光合强度提高的结果。
Niu等认为植物细胞耐盐的一个策略是牺牲
K+的吸收来换取 Na+吸收的减少。而盐渍土壤
中加施适量硒后 ,酸模根内 K+ 、Na+含量减少 ,地
上部含量增加 ,同时K+/Na+值也增加 ,可见此时
酸模增加了对 K+、Na+特别是 K+的吸收。这可
能是叶肉细胞内离子区域化以及由于 POD 、CAT
等保护性酶活性增加对细胞膜系统的保护作用 ,
使得细胞对K+进行了“大胆”地吸收 ,由于 K+和
Na+的吸收机制相似而使地上部 Na+的含量也同
时增加;也可能是硒提高了盐渍环境下酸模细胞
的适应能力 ,因为盐适应细胞 K+ 、Na+的外流小
于非适应细胞 ,暗示盐胁迫下盐适应细胞通过降
低质膜对K+、Na+的外透性 ,以此来减少 K+的泄
露 ,从而提高 K+/Na+值〔8〕 。谭周滋研究发现硒
能保护水稻细胞膜 ,降低电解质及可溶性糖的外
渗率。其作用为:一是使土壤 、根 、地上部 3者形
成一个良好的渗透梯度 ,使植物在高渗透压土壤
中更有利地吸收水分和营养物质;二是 K+/Na+
值增加 ,消除了盐胁迫下营养离子 K的缺乏。值
12
得一提的是 ,最佳硒浓度使得 K+/Na+值最大 ,而
体内 Na+的绝对含量又得到了最有效的控制 ,增
加了酸模抗盐生长的主动性。
3.3　外源硒使叶绿体和线粒体的排列方式发生
改变 ,细胞膜系统得到改善
电镜的观察结果与生理指标测定结果得到了
很好地相互印证:盐渍土壤中施硒后 ,细胞渗透调
节能力增强 ,细胞膜保护性酶活性增加 ,因此使得
细胞膜 、核膜比对照清晰;线粒体 、叶绿体结构破
坏程度减轻。关于硒与基粒排列方式 、叶绿体排
列方式及形状的改变 、叶绿体与线粒体更加靠近
之间的关系尚不能找出合理地解释 ,但这种变化
确实提高了光合强度 ,这可从生物量及光合作用
的最初产物-可溶性糖含量的显著增加得到证
实 ,另外有资料证明外源硒确实提高了植物的光
合速率〔9〕。或许叶绿体之间 、叶绿体与线粒体之
间接触面的增大更有利于它们之间的物质 、能量
交换 ,并且能更好地保护其被膜。众所周知 ,叶绿
体的光合功能和线粒体的呼吸功能〔10〕其生理作
用是相辅相成的 。
电镜下观察 ,与较多或结构较好的线粒体靠
近的核膜部分较为清晰 ,证明能量的及时提供也
是膜系统保持完整的重要条件 。细胞核周围的叶
绿体垂直于壁而趋向于细胞核 ,可能是盐渍环境
中核对叶绿体行使生理功能更为重要。
植物在逆境 、病理及衰老状态下某些细胞碎
片被吸收入液泡 ,被液泡内的水解酶分解〔11〕 ,以
防止碎片上的酶类 、有毒物质等对细胞结构和新
陈代谢造成干扰 。另外 ,在干旱 、盐渍条件下液泡
吸收 Na+等过量无机离子 ,在细胞中起离子区域
化及渗透调节等作用 。我们发现液泡特别是含有
细胞碎片或膜状碎片的液泡近周往往有内质网出
现并与液泡定向靠近 ,可能内质网与这些碎片的
运输以及液泡的形成有关 。关于内质网的功能目
前还未完全清楚 ,但已证明具有合成和运输类脂
和多糖的功能〔12〕 ,这些恰是膜系统的主要组成成
分。早期的研究表明 ,原液泡起源于内质网 ,后来
发现 ,它起源于高尔基体-内质网-溶酶体系统
(GERL)的反面管状膜网络〔11〕 ,无论如何内质网
在液泡的形成中起了重要作用 。至于在盐胁迫下
内质网与胁迫离子于液泡的区域化是否有关尚未
见报道 ,但内质网确实参与了矿质元素在细胞内
的运输〔10〕 。基于此 ,我们可以说内质网对提高植
物的抗逆性有着非常重要的意义。
参　考　文　献:
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社 , 1991, 22.
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