全 文 ：第 35 卷第 3 期
2015年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.3
Feb.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家林业局林业公益性行业专项(201104011); 国家自然科学基金项目(30872018)
收稿日期:2013鄄04鄄19; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄04鄄03
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zwhckh@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201304190747
李志萍,张文辉,崔豫川.NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的影响.生态学报,2015,35(3):742鄄751.
Li Z P, Zhang W H, Cui Y C.Effects of NaCl and Na2CO3 stresses on seed germination and seedling growth of Quercus variabilis.Acta Ecologica Sinica,
2015,35(3):742鄄751.
NaCl和Na2 CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的
影响
李志萍,张文辉*,崔豫川
天津师范大学, 生命科学学院, 天津市动植物抗性重点实验室, 天津摇 300387
摘要:为了阐明栓皮栎种子萌发期对盐碱胁迫的耐受性,研究了不同浓度(0、 50、100、200和 400 mmol / L) NaCl 和Na2CO3胁迫
对其种子萌发、生长、保护酶活性和有机渗透调节物质等的影响,结果表明:(1)盐碱胁迫对栓皮栎种子的萌发率和发芽指数均
没有显著影响;随着 Na+浓度的升高,NaCl和Na2CO3处理下的胚根长度、胚根生长速率、胚根鲜重均受到抑制,呈现下降趋势;
活力指数和耐盐指数在 NaCl胁迫下表现为较低浓度(50 mmol / L)促进,较高浓度(100, 200, 400 mmol / L)抑制,而在Na2CO3处
理下则不断下降;相对盐害率在两种处理下均表现波动趋势。 (2)通过建立活力指数、胚根长度等与 Na+浓度的回归方程,发现
在 NaCl胁迫下栓皮栎种子活力指数、胚根鲜重、胚根长度和胚根生长速率的临界值分别为 300.0、300.0、333.6、369.6 mmol / L。
(3)在 NaCl和Na2CO3胁迫下,随 Na
+浓度的增加,丙二醛含量增幅显著;NaCl 处理下的 SOD(superoxide dismutase)活性呈现先
升高后降低的趋势,而Na2CO3处理下则均低于对照;POD(peroxidase)活性变化不显著;CAT(catalase)活性均表现为先降低后升
高;脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量均随着 Na+浓度的升高而呈现不同程度上升趋势。 (4)等 Na+浓度时,NaCl处理下的各
项生长指标均高于Na2CO3处理,丙二醛、保护酶活性及渗透调节物质含量均低于Na2CO3处理,说明Na2CO3对栓皮栎种子的影响
比 NaCl更为显著。
关键词:栓皮栎; 种子; 萌发; 盐碱胁迫; 保护酶
Effects of NaCl and Na2CO3 stresses on seed germination and seedling growth of
Quercus variabilis
LI Zhiping, ZHANG Wenhui*, CUI Yuchuan
Tianjin Key Laboratory of Animal and Plant Resistance, College of Life Sciences, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China
Abstract: Choosing fresh cork oak seeds and using Petri dish and filter paper germination method, the NaCl and Na2CO3
resistant potential of Quercus variabilis seeds with five different NaCl and Na2CO3 concentrations (0, 50, 100, 200 and 400
mmol / L) were examined.During the experimental process, the seed germination, radicle growth, three protective enzyme
(SOD, POD, CAT) activities and the organic osmoregulation substances (proline, soluble protein and soluble sugar) were
all measured, and the correlation between the seed germination, radicle growth rate under NaCl and Na2CO3 stress were
analysed.The results showed that: (1) NaCl and Na2CO3 stress had no significant impact to seed germination rate and
germination index, even under high Na+ concentration (200 mmol / L) stress, seed germination rate was still higher than
contrast.With the addition of Na+ concentration, radicle length, radicle growth rate and fresh weight of radicle under two
kinds of stresses presented the downward trend.The vigor index and salt tolerance index under NaCl stress increased at the
lower concentrations (50 mmol / L) and then decreased at the higher concentrations (100, 200 and 400 mmol / L), but they
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both declined under Na2CO3 treatment.Relative salt鄄harmed rate waved under two stresses, they were lower than the contrast
under 50 and 200 mmol / L Na+ concentration, but were higher under 100 and 400 mmol / L Na+ concentration. (2) The
regression equation between vigor index, radicle growth rate and different concentrations of NaCl and Na2CO3 stress were
found, and they showed that the critical value of the vigor index, fresh weight of radicle, radicle length and radicle growth
rate under NaCl stress, were 300.0, 300.0, 333.6 and 369.6 mmol / L respectively, they were 69.0, 67.2, 182.0, 187.5
mmol / L respectively under Na2CO3 stress.(3) Under two kinds of stresses, with the increase of Na
+ concentration, MDA
(malondialdehyde) content increased significantly; SOD (superoxide dismutase) activity decreased after increasing under
NaCl treatment, but they were all lower than the contrast under Na2CO3 treatment; POD ( peroxidase) activity had no
significant change, CAT ( catalase) activity was down and then rose.Proline, soluble protein and soluble sugar contents
were increased in varying degrees with the addition of Na+ concentration, they were to the maximum under the largest
concentration of NaCl treatment, and they were all higher than the contrast under Na2CO3 treatment (4) Under the same
Na+ concentration stress, the growth indicators such as seed germination rate, germination index, radicle length, radicle
growth rate and fresh weight of radicle under NaCl treatment were all higher than that of Na2CO3 treatment,
malondialdehyde, protective enzymes (SOD, POD, CAT) activities and osmotic adjustment substances (proline, soluble
protein and soluble sugar) contents were all lower than that of Na2CO3 treatment, which showed the effects of Na2CO3 stress
on seeds were more significant than that of NaCl stress.Thus it can be seen that cork oak seeds increased protective enzymes
activities and contents of osmotic regulation substances in vivo to adapt to the salt鄄alkali stress, making the inhibition degree
of germination and growth to the minimum.
Key Words: Quercus variabilis; seed; germination; salt and alkali tolerance; protective enzyme
土壤的盐碱化治理已成为全球范围内迫切需要解决的重大课题。 近年来,人们开始由排盐工程治理转向
了筛选耐盐植物的生物治理。 天津位于渤海之滨,在盐碱地上开展绿化一直是困扰天津城市建设的难题。 近
年来,天津市滨海地区投入大量的人力、物力、财力进行园林绿化建设,但是在实施土壤改良、排盐技术处理等
项目过程中有时不能达到预期效果,导致植物死亡,造成不必要的损失[1]。 因此筛选具有较强耐盐碱能力的
园林植物向天津引种显得尤为迫切。
栓皮栎(Quercus variabilis)是我国重要的造林树种之一,其木材、树皮、果实及叶等均有重要的经济价值;
栓皮栎林是组成我国落叶阔叶林的一个基本群系,同时对保持水土、涵养水源、增加土壤肥力等方面均有重要
意义[2]。 将栓皮栎引种到天津地区作为园林植物栽培,不仅可以在绿化、美化环境中发挥作用,而且可以通
过软木、栲胶原料生产,为地方经济发展做出贡献。 目前对栓皮栎的研究内容主要集中于生物学特性、生态学
特性、种群生态、资源培育以及综合利用方面[3],关于其对盐渍化土壤适应性方面实验研究很少。 2008 年将
栓皮栎幼苗引入到天津市区,在不同干旱、盐渍化土壤上栽植,观测其园林特性,发现其对干旱、盐渍化土壤具
有一定适应性[4鄄5],然而关于栓皮栎种子耐盐碱方面的研究还未见报道。
种子萌发期是植物生活史中最脆弱的阶段,也是进行抗逆性研究的重要时期。 近年来,国内外有关盐碱
胁迫对种子萌发影响的研究越来越多[6鄄7],但是缺乏统一的衡量指标,且研究多集中在 NaCl 胁迫,而对
NaHCO3、Na2CO3胁迫涉及相对较少,在某种程度上可能脱离了植物生境的实际情况[8鄄9]。 由于天津地区盐渍
化土壤主要由以 NaCl为主的中性盐和以Na2CO3为主的碱性盐组成[10],且栓皮栎主要通过种子繁殖[11],因此
研究栓皮栎种子在盐碱条件下的萌发和生长对其作为园林植物引种到天津具有重要指导意义。
本研究在控制试验条件下,模拟不同 NaCl和Na2CO3胁迫条件(0、 50、 100、 200 和 400 mmol / L),采用培
养皿滤纸萌发的方法探讨盐碱胁迫对栓皮栎种子萌发、生长及保护酶系统等的影响,为栓皮栎种子萌发期的
耐盐碱特性提供理论参考。
347摇 3期 摇 摇 摇 李志萍摇 等:NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的影响 摇
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1 摇 实验材料与方法
1.1摇 实验材料
实验用种子采自栓皮栎分布中心秦岭北坡,周至县楼观台林场。 2012 年 10 月份采摘种子后水选法去除
空粒和夹杂物,经表面阴干后加入磷化铝包装寄运回实验室,在 4 益冰箱中保存备用。
种子大小、重量及活力的测定:1)种子千粒重的测定以 1000 粒伊3 组的平均值为其平均重量( 依标准误
差)。 2)种子大小以毫米纸为标准,测定 20 粒种子的长轴和短轴,求平均值。 3)将种子切成薄片,80 益烘干
至恒重,测定含水量。 4)活力测定是按照国家标准 GB2772鄄81《林木种子检验方法》,从供试样品中随机取出
50 粒种子通过 TTC法测定活力[12],统计数据。
经检测,实验用栓皮栎种子直径(15.59依2.23) mm,长(21.07依1.43) mm,千粒重(3720依109) g。 新鲜栓
皮栎种子含水量为 75.51%,种子活力在 90%以上。 选取饱满、大小均匀的种子备用。
1.2摇 种子培养及胁迫处理
(1)根据预实验以及相关文献[13鄄15]配制溶液
NaCl溶液:用 NaCl 配成 Na+浓度依次为 50, 100, 200, 400 mmol / L 的溶液,相应 pH 值均为 6.6(用
NaOH溶液调配);
Na2CO3溶液:用Na2CO3配成 Na
+浓度分别为 50, 100, 200, 400 mmol / L 的溶液,相应 pH 值为 8.9,11.6,
11.8 和 11.9。
(2)2012 年 12 月 15 日开始种子萌发胁迫实验
选取大小均一、成熟饱满的栓皮栎种子,用自来水冲干净,经 0.1%HgCl2消毒 10 min,蒸馏水冲洗 3 次。
吸水纸吸干种子表面水分后,将种子播种于置入 2 层纱布和 1 层滤纸的培养皿(直径 12 cm)中,每一发芽床
摆放 20 粒种子。 实验设 NaCl和Na2CO3 2 个处理,每个处理 4 个梯度水平,每个水平 3 次重复。 NaCl处理下
每皿分别移入 10 mL不同浓度的 NaCl溶液,Na2CO3处理分别移入 10 mL不同浓度Na2CO3溶液,使滤纸饱和,
用蒸馏水作对照。 盖上玻璃盖,以防止溶液蒸发,2d 更换 1 次发芽床。 将培养皿置于 SPX鄄 150B鄄Z 型生化培
养箱内,恒温 25 益,相对湿度 60%,连续黑暗培养 10 d。
1.3 摇 指标测定
1.3.1摇 生长指标测定
以种子露白作为发芽标志,每天定时观察、记录种子萌发数,测量胚根长度。 种子萌发的时限按国际种子
检验规程规定发芽天数为 10 d[16]。 由于 10 d之内并未出现胚轴及子叶,发芽结束后测定全部胚根鲜重:
萌发率 G = n / N伊100%
式中,n为萌发种子数,N为供试种子数[17]。
发芽指数 Gi = 移(Gt / Dt)
式中,Gt为时间 t日的萌发数, Dt为相应的萌发天数。
活力指数 Iv = S伊Gi
式中,s为胚根鲜重[18]。
生长速率 = L /移[Ni 伊 (Dt - Di + 0.5)]
式中,L指每一皿中全部萌发种子胚根或胚轴长度的总和;Ni 指第 i 天的萌发种子数; Dt 指实验持续的天数
(10 d),Di 指第 i天[19]。
耐盐指数= VIv盐 / VIv水伊100
式中,VIv盐为盐胁迫下的萌发活力指数,VIv水为对照下的萌发活力指数[20]。
相对盐害率[9]
RSH= (对照萌发率-处理萌发率) / 对照萌发率伊100%
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耐盐临界值:先对相应指标和 Na+胁迫浓度进行相关分析,若两者存在相关性,则进行回归分析,根据回
归方程求出耐盐临界值。 耐盐临界值为与盐碱胁迫强度呈正相关的指标增加到对照的 200%时所对应的浓
度,或者与盐碱胁迫强度呈负相关的指标降低到对照的 50%时所对应的浓度[21]。
1.3.2摇 生理指标测定
保护酶酶液的提取:待发芽结束后,取每培养皿中发芽种子的胚根 0.1 g,置于预冷的研钵中,加适量预冷
的 50 mmol / L磷酸缓冲液(含 1% 聚乙烯吡咯烷酮,pH值 7)及少量石英砂,在冰浴中研磨成匀浆,在 2—4 益
下,12000 r / min离心 20 min。 上清液为酶液。
SOD(superoxide dismutase)的测定参照李合生[22]的方法,以抑制氯化硝基四氮唑蓝光化还原 50%为一个
酶活性单位表示。 CAT(catalase)的测定用紫外吸收法,以 1 min 内 A240 减少 0.1 的酶量为一个酶活性单
位[23]。 POD(peroxidase)的测定用愈创木酚染色法,以每 1 min 内 A470 变化 0.01 为一个过氧化物酶活性单
位[24鄄35]。 可溶性蛋白含量采用考马斯亮兰染色法[22]测定。
丙二醛和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法测定[26]:取每培养皿发芽种子胚根 0.1 g,加入 10% TCA(三
氯乙酸)迅速研磨,离心后,取上清和 10%TCA 各 2 mL 于另一空离心管中,加盖煮沸 15 min,冷却后再次离
心,测定吸光值。 脯氨酸含量测定:取每培养皿发芽种子胚根 0.1 g,加入 3%磺基水杨酸溶液研磨,将匀浆液
全部转入到离心管中,沸水浴 10 min,冷却离心后吸取上清液即为脯氨酸的提取液,采用茚三酮显色法[22]测
定含量。
1.4 摇 数据分析方法
所得数据用 SPSS17.0进行单因素方差分析,并在置信水平 95%上用 Duncan 方法进行多重比较,每一指
标的图或表均为 3次重复求平均值,然后利用 Excel2003绘制而成。
2摇 实验结果与分析
2.1摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发的影响
2.1.1摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子总萌发率的影响
图 1摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子总萌发率的影响
摇 Fig.1摇 Effect of NaCl and Na2CO3 stresses on total germination
不同字母表示相同处理不同 Na+浓度在 P<0.05水平上差异显著
如图 1所示,胁迫结束(10 d)后,两种处理下的萌
发率均呈现波动趋势。 对照的萌发率为 75%,50和 200
mmol / L Na+浓度下,NaCl 和Na2CO3胁迫处理的萌发率
均高于对照,且 50 mmol / L NaCl 胁迫下萌发率达到最
大值(85%);100 和 400 mmol / L 浓度下两者的萌发率
均低于对照,在 100 mmol / L Na2CO3胁迫下,萌发率达
到最低(62%)。 进行单因素方差分析后发现,两种处
理对种子萌发率均没有显著影响。 除对照之外,相同
Na+浓度条件下,NaCl 的萌发率总是高于Na2CO3,说明
Na2CO3对种子发芽的影响较 NaCl高。
2.1.2摇 NaCl 和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子发芽指数的
影响
发芽指数综合种子萌发的数目、速度以及整齐度 3
个因素,比单纯的发芽率更能全面地反映种子的萌发情况[27]。 如图 2所示,50和 100 mmol / L NaCl处理下种
子的发芽指数分别是对照的 1.08和 1.05 倍,之后随着处理浓度的升高发芽指数降低,400 mmol / L 时只降到
对照的 93.7%。 而在Na2CO3胁迫下,各处理浓度的发芽指数呈波动趋势且均低于对照。 100 mmol / L 处理下
达到最低值,仅为对照的 72.2%;200 mmol / L处理下达到对照的 96.0%。 进行单因素方差分析后发现,两种处
理对种子发芽指数均没有显著影响。 相同 Na+浓度条件下,NaCl的发芽指数总是高于Na2CO3,说明Na2CO3对
547摇 3期 摇 摇 摇 李志萍摇 等:NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的影响 摇
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种子的伤害较 NaCl高,导致种子萌发数目及速度均受到较大影响。
图 2摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子发芽指数的影响
摇 Fig. 2 摇 Effects of NaCl and Na2CO3 stresses on germination
index摇
2.2摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子生长的影响
2.2.1摇 NaCl 和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子胚根生长的
影响
种子萌发后,胚根的延伸可以反映出植物定居成苗
的特性。 从表 1中可以看出,胁迫结束(10 d)后,NaCl
处理下胚根长度、胚根生长速率和胚根鲜重均随 Na+浓
度增加呈下降趋势,在 400 mmol / L浓度时下降到最低,
分别为对照的 45.4%、44.4%、30郾 6%,且与对照差异显
著。 Na2CO3胁迫下胚根长度、胚根生长速率和胚根鲜
重呈波动下降趋势,且均低于对照,400 mmol / L Na2CO3
胁迫下分别下降为对照的 32.6%、41.7%、23.4%。 相同
Na+浓度条件下,NaCl 处理下的胚根长度、胚根生长速
率和胚根鲜重均大于Na2CO3,说明Na2CO3胁迫对种子胚根生长的影响更为严重。 与对照相比,400 mmol / L
NaCl胁迫下栓皮栎种子生长受到抑制,且胚根尖端变黑;而在同浓度Na2CO3胁迫下不仅胚根尖端变黑,种子
本身也明显发黑(图 3)。
表 1摇 不同浓度 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子胚根长度、胚根生长速率和胚根鲜重的影响
Table 1摇 Effects of different concentrations of NaCl and Na2CO3 on the length, growth rate and fresh weight of radicle
Na+浓度
Na+Concentration /
(mmol / L)
胚根长度
Length of radicle / mm
NaCl Na2CO3
胚根生长速率
Radicle growth rate / (mm / d)
NaCl Na2CO3
胚根鲜重
Fresh weight of radicle / mg
NaCl Na2CO3
0 28.9依4.8a 28.9依4.8a 1.08依0.011a 1.08依0.011a 295.0依0.02a 295.0依0.02a
50 24.8依1.2ab 17.5依0.5b 0.92依0.023ab 0.70依0.005b 282.4依0.25ab 112.8依0.26b
100 23.4依3.4ab 14.2依3.8bc 0.90依0.012ab 0.58依0.017bc 265.9依0.35ab 78.6依0.25bc
200 17.5依3.0c 18.7依4.4ab 0.67依0.007bc 0.68依0.010b 189.0依0.09bc 85.6依0.19b
400 14.2依0.8c 10.2依0.9c 0.48依0.009c 0.45依0.005c 90.4依0.38c 69.1依0.24c
图 3摇 萌发 5 d后对照及 400 mmol / L NaCl和Na2CO3胁迫处理下的栓皮栎种子
Fig.3摇 The seeds under CK and 400 mmol / L NaCl and Na2CO3 stress after five days
摇 摇 通过相关分析及建立盐碱胁迫浓度与各指标之间的回归方程,发现栓皮栎种子胚根鲜重、胚根长度、胚根
生长速率与盐碱胁迫具有显著相关关系,且 NaCl胁迫下胚根鲜重、胚根长度和胚根生长速率的临界值分别为
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300.0、333.6、369.6 mmol / L;Na2CO3胁迫下其临界值分别为 67.2、182.0、187.5 mmol / L(表 2)。
表 2摇 栓皮栎种子胚根生长、活力指数等与盐碱胁迫的相关系数及回归方程
Table 2摇 The relationship and regression equation between radicle growth, vigor index and different concentrations of Na+
测定指标
Index
胁迫处理
Treatment
回归方程
Regression
equation
相关系数
Correlation index
(R2)
临界值
Critical value /
(mmol / L)
胚根长度 NaCl y = 9伊10-5x2-0.0732x + 28.903 0.990 333.6
Length of raticle Na2CO3 y = 0.0001x2-0.0756x + 24.897 0.629 182.0
胚根生长速率 NaCl y = 2伊10-7x2-0.0002x + 0.1074 0.984 369.6
Radicle growth rate Na2CO3 y = 4伊10-7x2- 0.0003x + 0.0961 0.709 187.5
活力指数 NaCl y = -5伊10-5x2-0.051x + 36.369 0.927 300.0
Vigor index Na2CO3 y = 0.0004x2-0.1932x + 27.969 0.777 69.0
胚根鲜重 NaCl y = -0.0001x2-0.485x + 302.71 0.987 300.0
Fresh weight of radicle Na2CO3 y = 0.0031x2-1.6688x + 245.67 0.745 67.2
2.2.2摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子活力指数的影响
种子活力比常规发芽率的测定更能反映种子在实际条件下萌发速度和整齐度以及幼苗健壮生长的潜
势[28]。 如图 4所示,NaCl胁迫下种子的活力指数在 50 mmol / L 时达到最大值,是对照的 1.17 倍。 100—400
mmol / L浓度下活力指数不断下降,400 mmol / L 时下降到最低,与对照差异显著。 而在Na2CO3处理下种子活
力指数均低于对照,且差异显著,400 mmol / L 下降到最低值,仅为对照的 19.3%。 相同Na+浓度条件下,NaCl
的活力指数总是高于Na2CO3,说明Na2CO3处理对种子活力的抑制作用大于 NaCl。 建立两种胁迫条件下活力
指数与 Na+浓度的回归方程,发现其在 NaCl和Na2CO3胁迫下的临界值分别为 300.0、69.0 mmol / L(表 2)。
2.2.3摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子耐盐指数和相对盐害率的影响
相对盐害率反映栓皮栎种子受胁迫的伤害程度,耐盐指数反映其对盐碱胁迫的耐受程度。 从表 3 中看
出,NaCl胁迫下,400 mmol / L时相对盐害率达到最大值,而在 50和 200 mmol / L下的种子并未受到毒害,反而
表现为萌发受到促进;Na2CO3处理下,100 mmol / L 时相对盐害率达到最大,而 50 mmol / L 下表现为促进。
NaCl胁迫下种子的耐盐指数在 50 mmol / L 处理下达到最大值,是对照的 1.17 倍。 100—400 mmol / L 浓度下
耐盐指数不断下降,在 400 mmol / L下降到最低,且与对照差异显著。 而在Na2CO3处理下种子耐盐指数均低
于对照,400 mmol / L下降到最低值,仅为对照的 19.3%。 相同 Na+浓度条件下,NaCl的耐盐指数和相对盐害率
总是高于Na2CO3,说明Na2CO3处理对种子活力的毒害作用大于 NaCl。
图 4摇 不同浓度 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子活力指数的影响
Fig.4摇 Effects of different concentrations of NaCl and Na2CO3 on
the seed vigor index
表 3摇 不同浓度 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子耐盐指数和相对盐
害率的影响
Table 3摇 Effects of different concentrations of NaCl and Na2CO3 on
salt tolerance index and relative salt鄄harmed rate
Na+浓度
Na+ concentration /
(mmol / L)
耐盐指数
Salt tolerance index
NaCl Na2CO3
相对盐害率
Relative salt鄄harmed rate
NaCl Na2CO3
0 100 100 0 0
50 116.82 42.07 -13.33 -2.67
100 92.47 22.96 2.22 17.33
200 66.82 27.85 -8.89 0
400 26.04 19.01 8.89 13.33
747摇 3期 摇 摇 摇 李志萍摇 等:NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的影响 摇
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2.3摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子生理特性的影响
2.3.1摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子丙二醛含量及保护酶活性的影响
图 5摇 不同浓度 NaCl 和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子丙二醛含量的
影响
Fig.5摇 Effects of different concentrations of NaCl and Na2 CO3 on
the MDA (malondialdehyde) contents in seeds
在植物抗逆性实验中,通常用丙二醛(MDA)的含
量变化来衡量脂质过氧化程度[29]。 随 Na+浓度的升
高,两种处理下的MDA含量均呈现升高趋势,但升高幅
度不同,且Na2CO3胁迫下的 MDA 含量均高于 NaCl(图
5),可见Na2CO3胁迫下栓皮栎种子的膜脂过氧化程度
较大。
在 NaCl胁迫下,SOD活性在 50—200 mmol / L时均
高于对照,但与对照无显著差异,而 400 mmol / L时显著
低于对照。 在Na2CO3胁迫下,SOD活性均低于对照(图
6),且与对照差异显著。 NaCl 处理下的 SOD 活性是相
同浓度Na2CO3处理的 1.01—1.03 倍,说明 SOD 对碱胁
迫较敏感。
两种处理下 POD 活性均呈现波动趋势,且彼此间
均无显著影响(图 6)。 等 Na+浓度下, Na2CO3处理下
的 POD活性均高于 NaCl,说明 NaCl对 POD活性的抑制程度大于Na2CO3。
CAT活性在 NaCl和Na2CO3胁迫下均呈现先降低后升高的趋势。 两种处理下的 CAT 活性均在 50 mmol /
L下达到最低值,分别为对照的 76. 8%、93郾 1%,之后不断升高,NaCl 处理在 400 mmol / L 时达到最大值,
Na2CO3胁迫在 200 mmol / L时达到最大值(图 6)。 等 Na
+浓度下,Na2CO3处理下的 CAT 活性均高于 NaCl,说
明 CAT活性对盐胁迫敏感度低于碱胁迫。
图 6摇 不同浓度 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子 SOD 、POD、CAT活性的影响
Fig.6摇 Effects of different concentrations of NaCl and Na2CO3 on the SOD( superoxide dismutase),POD( peroxidase) and CAT( catalase)
activities in seeds
2.3.2摇 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子有机渗透调节物质的影响
可溶性蛋白含量在两种胁迫下均呈现升高趋势,在 400 mmol / L 时达到最大值,分别比对照增加 33.1%、
68.5%(图 7)。 Na2CO3处理下的可溶性蛋白含量是相同浓度 NaCl 处理的 1.26—1.88 倍,说明碱胁迫下栓皮
栎种子受到更大的渗透胁迫。
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图 7摇 不同浓度 NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响
Fig.7摇 Effects of different concentrations of NaCl and Na2CO3on the soluble protein,soluble sugar and proline contents in seeds
0—200 mmol / L NaCl胁迫条件下,脯氨酸含量基本保持不变,400 mmol / L 时迅速增加到对照的 1.18 倍。
Na2CO3处理下的脯氨酸含量曲折上升,在 0—200 mmol / L 时均高于同浓度 NaCl 处理,200 mmol / L 时达到最
大值,400 mmol / L 时有所下降,且低于同浓度 NaCl(图 7)。 可见,脯氨酸对Na2CO3和高浓度(400 mmol / L)
NaCl处理较为敏感。
可溶性糖在不同浓度 NaCl 和Na2CO3胁迫下呈现曲折升高的趋势。 两种处理分别在 400 mmol / L 和 100
mmol / L时达到峰值,分别为对照的 1.68、2.18倍(图 7)。 同等 Na+浓度下,Na2CO3处理下的可溶性糖含量均
高于 NaCl,说明碱胁迫下栓皮栎需要更多的可溶性糖来调节渗透压。
3摇 讨论
50 mmol / L NaCl处理下种子的萌发率、活力指数和耐盐指数均比对照高,相对盐害率表现为促进作用,这
与邱念伟等[30]对伽蓝菜和碱蓬、毛培春等人[20,31鄄32]的研究结果相似,可能与低浓度盐促进细胞膜渗透调节有
关,也可能是微量的 Na+对呼吸酶有一定的激活作用[33]。 即使盐碱浓度较高(200 mmol / L),种子萌发率仍高
于对照,可能是栓皮栎种子较大,其本身具有较高的含水量引起的。 Na2CO3胁迫下,种子发芽指数均受到抑
制,而 200 mmol / L 条件下发芽指数较高,可能此时脯氨酸和可溶性蛋白含量增加、CAT活性增强,使种子发芽
受抑制程度降低,或者是 Na+、Cl-参与了无机渗透调节[34],这有待于进一步研究。 等 Na+浓度时,Na2CO3胁迫
下萌发率、发芽指数、活力指数和耐盐指数均小于 NaCl,说明碱胁迫比盐胁迫具有更大的伤害力[35鄄36]。
NaCl胁迫条件下的胚根生长和胚根生长速率受到抑制,即随着 Na+浓度的增加而显著下降;Na2CO3胁迫
下胚根生长严重受阻,这可能和细胞内激素调节有关[37],200 mmol / L胁迫条件下却高于 100 mmol / L,可能较
高且适宜的浓度胁迫仍然对种子生长有刺激作用,这与窦声云等[38]对老芒麦的研究结果类似。 50 mmol / L
NaCl处理下的胚根鲜重高于对照,可能较低浓度的胁迫可以刺激同化物更多向根系分配,促使根系的分枝和
下扎[39]。 Na+浓度相同时,Na2CO3胁迫下的胚根长度、胚根生长速率、胚根鲜重均低于 NaCl胁迫,因为碱性盐
胁迫下除了 Na+作用外还增加高 pH的作用[40]。
根据耐盐临界值的比较分析可以发现,活力指数和胚根鲜重对盐胁迫较为敏感,其次为胚根长度,胚根生
长速率最不敏感。 由于胚根鲜重受到最为强烈的抑制,因此,由胚根长度得到的耐盐临界值(最小耐盐临界
947摇 3期 摇 摇 摇 李志萍摇 等:NaCl和Na2CO3胁迫对栓皮栎种子萌发及幼苗生长的影响 摇
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值)最能反映种子萌发期的耐盐性,在盐碱胁迫下其最小临界值分别为 333.6、182.0 mmol / L。
在胁迫条件下,植物因盐碱伤害而使细胞膜受到损伤,产生大量的 MDA,膜受伤害又产生大量自由
基[41];此时植物的保护酶系统被激活。 SOD、POD和 CAT是植物体内酶促防御系统的 3 个重要保护酶,它们
发挥协同作用,消除活性氧,保护植物膜系统[42]。 本研究中,栓皮栎种子在低浓度 NaCl(50 mmol / L)胁迫下,
主要是 SOD 起作用,这与寇贺等[43]对大豆(Glycine max)种子萌发的研究结果相似;而在Na2CO3和高浓度
NaCl胁迫下 SOD活性降低,可能是其调节能力有限,酶结构遭受破坏导致体内积累了过量的活性氧氧自由
基,这些自由基又引起膜过氧化,产生大量 MDA。 CAT和 POD在两种胁迫下并未受到伤害导致活性降低,而
是在波动范围内保持正常活性来清除氧自由基。 等 Na+浓度,NaCl 处理下的 SOD 活性均高于Na2CO3,
Na2CO3处理下的 POD和 CAT活性均高于 NaCl。 由此推测 NaCl处理下主要靠 SOD清除自由基,Na2CO3处理
下主要靠 POD和 CAT活性来维持植物体内活性氧的产生和清除之间的动态平衡,可能是栓皮栎种子保护酶
活性在盐碱胁迫下的调控机制不同,这有待于进一步研究。
在盐碱胁迫下,细胞会发生渗透胁迫,植物通过增加体内有机渗透调节物质含量来降低细胞内渗透势,提
高自身耐受性。 本研究中,两种处理下的可溶性蛋白含量均上升,可能栓皮栎种子经盐碱胁迫后产生较多的
有害物质,需要合成较多的酶类物质以清除这些有害物质[13]。 在高浓度 NaCl(400 mmol / L)胁迫下脯氨酸含
量的显著增加,可降低细胞渗透势,缓解渗透胁迫对植物生长的抑制作用;而在Na2CO3胁迫下增幅不显著,可
能是Na2CO3抑制了脯氨酸合成酶系[44]。 两种胁迫下可溶性糖含量均升高,其含量增加可提高植物细胞的渗
透调节能力。 等 Na+浓度下,Na2CO3处理下的脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量均高于 NaCl。 这是由于植
物在碱胁迫下除了要承受与盐胁迫相同的渗透胁迫与离子伤害,还要抵御高 pH 值胁迫。 已经有研究表明,
以Na2CO3为主要盐分的碱胁迫对植物生长发育的危害远大于 NaCl为主的盐胁迫[45鄄47],在本研究中也得到了
证实。
综上所述,在盐碱胁迫下,栓皮栎种子通过提高自身保护酶活性、增加体内渗透调节物质等来抵抗逆境,
降低盐碱胁迫对种子萌发及生长的伤害。 可见,栓皮栎在种子萌发期具有一定的抗盐碱能力,但本研究不能
完全代表大田育苗的实际情况,还有待于进一步进行大田出苗期耐盐碱实验,使其在天津等盐碱地区大面积
广泛种植。
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