全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (10): 1611~1616　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.1005 1611
收稿 2015-07-01　　修定 2015-10-08
资助 国家重点基础研究发展计划(2012CB114201)、国家自然
科学基金(31400239)和山东省科技发展计划项目(2013-
GNC11310)。
* 通讯作者(E-mail: chenminrundong@126.com; Tel: 0531-
86180745)。
NaCl胁迫下宁夏不同地区沙枣种子萌发特性的比较研究
林静1, 刘艳1, 李金胜2, 刘晓娟1, 王宇鹏1, 王宝山1, 陈敏1,*
1山东师范大学生命科学学院, 逆境植物重点实验室, 济南250014; 2山东省东营菁华现代林业发展有限公司, 山东东营
257000
摘要: 对从宁夏平罗、中宁两个地区收集的当年生沙枣种子, 分别用含有不同浓度NaCl (0、0.3%、0.6%、0.9%和1.2%, m/
V)的1/5 (V/V) Hoagland溶液处理, 以探讨这两个地区沙枣种子在萌发阶段对盐胁迫的响应特性及可能原因。结果表明, 随
着NaCl浓度的升高, 中宁和平罗沙枣种子的萌发率均逐渐下降, 与中宁的沙枣种子相比, 平罗的沙枣种子表现出更强的抗
盐能力。伊文斯蓝(Evans blue)染色和质膜透性实验结果表明, 随着NaCl浓度的增加, 中宁和平罗沙枣的种子胚的细胞膜透
性逐渐增加, 即NaCl胁迫破坏了种子胚的质膜选择透性, 使其增大, 细胞内大量电解质外渗, 破坏了细胞的稳态。通过LiCl
溶液和等渗的甘露醇溶液处理两个地区沙枣种子并测定其萌发率表明, NaCl对沙枣种子萌发的抑制既有渗透效应又有离
子效应, 但是以渗透效应为主; 平罗的沙枣种子表现出更强的耐盐能力, 是因为它有更高的抗渗透胁迫能力。
关键词: 沙枣; NaCl; 种子萌发; 离子效应; 渗透效应
Comparative Study on Seed Germination Characteristics of Elaeagnus angustifolia
from Different Areas of Ningxia Province under NaCl Stress
LIN Jing1, LIU Yan1, LI Jin-Sheng2, LIU Xiao-Juan1, WANG Yu-Peng1, WANG Bao-Shan1, CHEN Min1,*
1Key Laboratory of Plant Stress Research, College of Life Science, Shandong Normal University, Jinan 250014, China; 2Dongying
Jinghua Modern Forestry Development Limited Company, Dongying, Shandong 257000, China
Abstract: Elaeagnus angustifolia seeds collected from Pingluo and Zhongning Counties of Ningxia Province
were treated with different concentrations of NaCl (0, 0.3%, 0.6%, 0.9% and 1.2%, m/V) of Hoagland solution
(1/5, V/V), in order to examine their response characteristics to NaCl strees and possible reasons. The results
showed that germination rate of E. angustifolia seeds from both counties were decreased with the increase of
NaCl concentration, and E. angustifolia seeds from Pingluo showed stronger salt resistance than those from
Zhongning. Evans blue staining and membrane permeability test revealed that the plasma membrane permeabil-
ity of E. angustifolia seed embryo increased with the increase of NaCl concentration. That was NaCl stress de-
stroyed selective permeability of the seed embryo, resulting in increase of membrane permeability and of intra-
cellular electrolyte leakage, damaging the cell homeostasis. E. angustifolia seeds from both counties were
treated with LiCl solution and isosmotic mannitol solution to determine germination rate. The results ndicated
that NaCl-induced decrease of E. angustifolia seed germination was mainly due to osmotic stress, and E. angus-
tifolia seeds from Pingluo exhibited stronger salt resistance because of its high capability in resistance to osmot-
ic stress compared with the seeds from Zhongning.
Key words: Elaeagnus angustifolia; NaCl; seed germination; ionic effect; osmotic effect
当前, 我国土壤盐碱化日趋严重。我国盐碱
地主要分布在长江以北地区, 其中黄淮海平原、
松辽平原、新疆、青海、宁夏等地有大量盐碱地
分布。黄河三角洲是我国三大三角洲之一, 土壤
盐碱化严重, 地下水位高; 有机质、氮、磷含量低;
营养元素不均衡(代莉慧2013), 这些不利因素限制
了主要农作物和主要绿化苗木的生长, 影响了农
业生产和造林绿化。滨海城市大多采用客土绿化,
成本高、维持费用大、不能解决根本问题。树木
一旦长大, 根接触到盐碱土, 树木就会死亡。因此,
寻找耐盐的绿化树种, 是解决黄河三角洲绿化问
题的关键。
植物生理学报1612
沙枣的生活力很强, 有抗旱、抗风沙、耐盐
碱、耐贫瘠等特点, 现在已经在宁夏、新疆推广
种植。宁夏、新疆地区干旱, 风沙大(孙西红等
2014), 所以沙枣的推广起到了造林、绿化、防
风、固沙作用, 现已成为西北地区主要造林树种
之一。此外, 沙枣作为绿化树种已经在河北、天
津等地区推广应用, 但在黄河三角洲, 特别是东营
还没有推广应用。将沙枣引进黄河三角洲, 不仅
能够解决城市绿化问题, 而且具有较大的经济和
生态效益。而在引种造林时必须选择适合当地盐
渍化水平的优质沙枣种子资源以保证其具有较好
的出苗率和成活率(白小明等2013)。本课题组从
宁夏平罗和中宁两个地区收集沙枣种子进行试验,
因为平罗和中宁两地相距较远, 土壤特征差别很
大, 所以两个地区的沙枣种子的耐盐性可能存在
差异。为此本文以宁夏平罗和中宁两个地区的沙
枣种子为材料, 通过探讨两个地区种子在NaCl胁
迫下萌发的响应及可能原因, 目的在于为筛选具
有较高耐盐性的沙枣品种及其在黄河三角洲的推
广应用提供理论基础。
材料与方法
1 实验材料
从宁夏平罗、中宁两个地区收集的沙枣(Elae-
agnus angustifolia L.)种子。
2 实验方法
2.1 种子耐盐性的测定
种子的处理: 挑选大小一致且籽粒饱满的中
宁和平罗种子, 放在湿沙(沙子重:水重=100:23)中
层积2 d, 然后将剥去外种皮的种子用0.1% (m/V,
下同) HgCl2表面消毒15 min, 去离子水冲洗4~5次,
然后均匀排列在铺有双层滤纸的培养皿(直径9
cm)中, 每皿25粒种子, 3个重复。
实验设5个处理: 对上述种子分别用含有0、
0.3%、0.6%、0.9%、1.2% NaCl的1/5 (V/V) Hoag-
land溶液处理。
将上述处理的种子放在组培室中进行避光萌
发(杨育红和张文辉2006), 温度为(23±5) ℃。处理
期间每天更换相应溶液, 以保持处理浓度基本不
变和维持一定的湿度, 种子萌发以胚根长0.5 cm为
标志, 每天观察其发芽及出苗情况, 分别计算种子
萌发率、相对发芽率、发芽势、发芽指数和活力
指数: 萌发率=正常发芽种子总数/供试种子总数×
100% (韩清芳等2003); 相对萌发率=盐处理萌发率/
对照萌发率×100% (刘建平等2004); 发芽势=种子
发芽数达到高峰值时的正常发芽种子的总数/供试
种子总数×100%; 发芽指数Gi=∑(Gt/Dt), Gt为在t日
的发芽数, Dt为相应的发芽日数; 活力指数Vi=S×Gi,
S为萌发后第7天随机取9株幼苗的平均长度(cm),
Gi为发芽指数(Rubio等2003)。
当各处理的种子连续7 d没有萌发时, 将未萌
发的种子全部转入蒸馏水中继续观察7 d (鱼小军
等2004), 并统计种子的最终萌发率, 最终萌发率=
正常发芽种子总数/供试种子总数×100%。
参考Suzuki等(1999)的方法, 利用伊文斯蓝
(Evans blue)检测不同NaCl处理对宁夏中宁和平罗
种子胚的细胞膜透性的影响。参考贺润喜等(1997)
的方法, 检测不同NaCl处理对宁夏中宁和平罗种
子胚的细胞膜透性的破坏程度。
2.2 NaCl胁迫对种子萌发的渗透效应和离子效应
的测定
实验设4个处理, 分别含有0.9% NaCl的1/5 Hoag-
land溶液、含有与0.9% NaCl (相当于154 mmol·L-1
NaCl)等离子效应的LiCl (15.4 mmol·L-1 LiCl, LiCl
的离子毒害是NaCl的10倍, 所以cLiCl=cNaCl/10)的1/5
Hoagland溶液、含有与0.9% NaCl等渗透效应的甘
露醇溶液, 用1/5 Hoagland作为对照组(CK)。挑选
大小一致且籽粒饱满的中宁和平罗种子, 放在湿
度适宜的沙子中层积2 d, 然后将剥去外种皮(王宝
山和赵可夫1997)的种子用0.1% HgCl2表面消毒15
min, 去离子水冲洗4~5次, 然后均匀排列在铺有双
层滤纸的培养皿(直径9 cm)中, 每皿25粒种子, 3个
重复, 萌发条件同2.1节。种子萌发以胚根长0.5 cm
为标志, 每天观察其发芽情况, 计算种子萌发率。
2.3 数据分析
采用SPSS 17.0软件对实验数据进行邓肯氏多
重比较, 其中, 以P<0.05为差异显著。
实验结果
1 NaCl胁迫对沙枣种子萌发的影响
1.1 NaCl胁迫对种子萌发率和发芽势的影响
由图1和2可以看出, 随着NaCl浓度的升高, 中
林静等: NaCl胁迫下宁夏不同地区沙枣种子萌发特性的比较研究 1613
1.2 NaCl胁迫对种子发芽指数的影响
发芽指数体现了种子发芽的快慢和整齐度,
其数值越高表明发芽速度越快、出苗越齐。随着
NaCl浓度的升高, 中宁和平罗沙枣种子的发芽指
数均呈现显著下降的趋势(图4)。在0.3% NaCl处
理下, 中宁和平罗沙枣种子的发芽指数没有显著
差异。在浓度大于0.3% NaCl处理下, 中宁和平罗
沙枣种子的发芽指数差异显著。其中在0.6% NaCl
处理下, 中宁沙枣种子的发芽指数只有对照组的
28.11%, 而平罗沙枣种子的发芽指数可以达到对
照组的53.35%; 在0.9% NaCl处理下, 中宁沙枣种
子的发芽指数只有对照组的16.67%, 而平罗沙枣
种子的发芽指数可以达到对照组的42.11%。从以
上结果可以看出, 与中宁沙枣种子相比, 平罗沙枣
种子具有更高的耐盐性。
图1 不同浓度NaCl处理对中宁和平罗沙枣种子萌发率的影响
Fig.1 The effects of different NaCl concentrations on the
germination rates of E. angustifolia seeds from
Zhongning and Pingluo
图中数据代表平均值±标准偏差(n=3), 不同字母表示应用邓
肯氏多重比较在P<0.05水平上差异显著, 下同。
图2 不同浓度NaCl处理对中宁和平罗种子发芽势的影响
Fig.2 The effects of different NaCl concentrations on the
germination energies of E. angustifolia seeds from
Zhongning and Pingluo
宁和平罗的沙枣种子萌发率和发芽势均呈下降趋
势。在NaCl浓度为0.3%时, 中宁和平罗沙枣的萌
发率和发芽势与CK相比均有显著下降, 且平罗的
萌发率和发芽势均比中宁的小。当NaCl浓度为
0.6%时, 中宁沙枣种子的萌发受到明显抑制, 萌发
率只有对照组的39.98%, 发芽势仅为对照组的
24.01%; 在NaCl浓度为0.9%时, 中宁沙枣种子的萌
发受到更为明显的抑制 , 萌发率只有对照组的
34.25%, 发芽势仅为对照组的18.18%, 平罗沙枣种
子的萌发虽然也受到了抑制, 但是其萌发率明显
高于中宁沙枣种子的萌发率, 其发芽势也明显高
于中宁沙枣种子的发芽势。盐胁迫条件下平罗和
中宁的种子相对萌发率的变化趋势与萌发率、发
芽势基本一致(图3), 但是同一NaCl浓度处理下, 平
罗沙枣种子表现出更高的耐盐性。
图3 不同浓度NaCl处理对中宁和平罗种子
相对萌发率的影响
Fig.3 The effects of different NaCl concentrations on the
relative germination rates of E. angustifolia seeds from
Zhongning and Pingluo
图4 不同浓度NaCl处理对中宁和平罗种子发芽指数的影响
Fig.4 The effects of different NaCl concentrations on the
germination indices of E. angustifolia seeds from
Zhongning and Pingluo
植物生理学报1614
1.3 NaCl胁迫对种子活力指数的影响
活力指数代表了种子发芽的能力与幼苗的长
势, 其数值越高, 表示种子的活力越大。随着NaCl
浓度的升高, 中宁和平罗沙枣种子的活力指数均
呈下降的趋势(图5)。在NaCl浓度为0.3%时, 中宁
沙枣种子的活力指数为对照的49.19%, 平罗沙枣
种子的活力指数为对照的65.88%; 在NaCl浓度为
0.6%时, 中宁沙枣种子的活力指数为对照的11.93%,
平罗沙枣种子的活力指数为对照的42.14%; 在
NaCl浓度为0.9%时, 中宁沙枣种子的活力指数为
对照的5.6%, 平罗沙枣种子的活力指数为对照的
27.9%, 说明中宁沙枣种子对NaCl处理的响应比平
罗沙枣种子更敏感。
以探讨NaCl胁迫下种子萌发受到抑制究竟是离子
效应还是渗透效应(Zhu等1998; 高秀华2006; 李珂
2011)。由图8可知 , 与对照组相比 , 含有0.9%
NaCl的1/5 Hoagland溶液、含有与0.9% NaCl等离
子效应的LiCl的1/5 Hoagland溶液(等离子效应的
LiCl溶液)和含有与0.9% NaCl等渗透效应的甘露
醇溶液(等渗的甘露醇溶液)处理下的中宁和平罗
种子的萌发率都显著下降。用等渗的甘露醇溶液
处理的中宁和平罗种子萌发率要明显低于用等离
子效应的LiCl溶液处理的种子的萌发率 , 说明
0.9% NaCl溶液处理对沙枣种子萌发的抑制既有
渗透效应又有离子效应, 但是以渗透效应为主。
并且, 在盐胁迫条件下, 平罗种子有更高的抗渗透
胁迫能力。
图5 不同浓度NaCl处理对中宁和平罗种子活力指数的影响
Fig.5 The effects of different NaCl concentrations on
the vigor indices of E. angustifolia seeds from
Zhongning and Pingluo
1.4 NaCl胁迫对种子细胞膜透性的影响
我们利用伊文斯蓝染色和质膜透性实验分别
检测CK、0.3%、0.6%、0.9%和1.2% NaCl溶液处
理的中宁和平罗种子胚细胞膜透性的影响。结果
表明, 随着NaCl溶液浓度的增加, 无论是中宁还是
平罗种子, 其胚细胞膜透性都在逐渐增加, 细胞膜
的破坏程度增加(图6和7), 其中中宁的种子胚的质
膜着色深, 说明质膜受破坏程度大。
2 NaCl胁迫对种子萌发的渗透效应和离子效应
盐对植物种子萌发的影响主要包括渗透效应
和离子效应两个方面。由于Li+毒害是Na+毒害的
10倍, 并且LiCl溶液不产生渗透胁迫, 因此可以利
用0.9% NaCl溶液、与0.9% NaCl等离子效应的
LiCl溶液和与0.9% NaCl等渗的甘露醇溶液分别
处理中宁和平罗种子(Jia等1992), 测定其萌发率,
图6 伊文斯蓝染色检测不同NaCl处理对平罗(上排)和中宁
沙枣种子胚(下排)的质膜透性的影响
Fig.6 Evans blue was used to test the effects of different
NaCl concentrations on plasma membrane permeabilities
of E. angustifolia seed embryos from Pingluo
(up) and Zhongning (down)
图中数字代表NaCl溶液的浓度。
图7 不同浓度NaCl处理对中宁和平罗种子沙枣种子胚相
对电导率的影响
Fig.7 The effects of different NaCl concentrations on
the relative conductivities of E. angustifolia seeds
from Zhongning and Pingluo
林静等: NaCl胁迫下宁夏不同地区沙枣种子萌发特性的比较研究 1615
讨　　论
盐渍环境是一种严峻的胁迫环境, 对植物的
生长、发育、繁殖以及分布等生理生态特征有着
重要的影响(阎顺国和沈禹颖1996)。对于大多数
植物来说, 种子萌发是植物生长周期的重要阶段,
此期间的生长极易受到周围环境的影响。盐胁迫
是影响种子萌发的重要因素(Al-Khateeb 2006; 胡
宗英2014), 而种子是否能耐受住萌发期间的盐胁
迫对植物生长和物种分布就显得尤为重要。
发芽率、发芽指数、发芽势和活力指数是评
价种子发芽常用的指标, 反映了种子发芽速度、
发芽整齐度和幼苗健壮的潜势(李秀霞2005)。本
实验通过对发芽率等指标的测定发现, 在NaCl胁
迫下, 宁夏中宁和平罗沙枣种子的萌发均受到抑
制, 并随着NaCl浓度的升高抑制作用不断增加。
伊文斯蓝染色和质膜透性实验结果表明 , 随着
NaCl溶液浓度的增加, 中宁和平罗沙枣种子胚的
细胞膜透性逐渐增加, 即NaCl胁迫破坏了种子胚
的质膜选择透性, 造成质膜透性增大, 细胞内大量
电解质外渗, 破坏了细胞的稳态, 且中宁比平罗沙
枣种子的质膜所受伤害程度更大。但是, 在不同
浓度NaCl胁迫下(尤其是在NaCl浓度为0.9%时),
平罗的沙枣种子表现出比中宁的沙枣种子更高的
耐盐性。宁夏中宁的土壤含盐量在0.15%以下(袁
宝财等2001), 平罗的土壤平均含盐量为0.34% (阿
也提古丽·斯迪克2011), 宁夏平罗的土壤含盐量远
远高于宁夏中宁的土壤含盐量。不同种源地沙枣
图8 不同处理对中宁和平罗沙枣种子萌发率的影响
Fig.8 The effects of different treatments on the germination
rates of E. angustifolia seeds from Zhongning and Pingluo
NaCl、LiCl、Man分别表示0.9% NaCl溶液、与0.9% NaCl等
离子效应的LiCl溶液和与0.9% NaCl等渗的甘露醇溶液。
种子由于其生长环境不同, 长期生长在此生源地
沙枣种子的种子质量存在较大差异(左凤月2013;
张学勇等2012)。由此推测, 平罗的沙枣种子耐盐
性之所以高于中宁的沙枣种子可能是因为平罗的
生长环境中土壤含盐量高于中宁所在的环境, 沙
枣在同一地区长期生长所产生的适应性。
本实验通过NaCl溶液、LiCl溶液和与NaCl
等渗的甘露醇溶液分别处理中宁和平罗种子, 发
现NaCl对中宁和平罗种子萌发的抑制作用既有
渗透效应又有离子效应, 但是以渗透效应为主, 并
且在盐胁迫条件下平罗种子有更高的抗渗透胁迫
能力。
综上所述, NaCl对宁夏中宁和宁夏平罗沙枣
种子萌发的抑制作用主要是由渗透胁迫引起的,
宁夏平罗的沙枣种子表现出比中宁的沙枣种子更
高的抗盐能力, 是因为平罗的沙枣种子有更高的
抗渗透胁迫能力。大田实验显示, 平罗沙枣与中
宁沙枣相比, 前者具有更优美的树形(数据未列
出)。所以本实验预选用种源地为宁夏平罗的沙
枣种子在黄河三角洲引种推广。而有关宁夏平
罗的沙枣种子在盐胁迫下是通过何种方式缓解
渗透胁迫以减轻盐害, 使种子吸水萌发, 其机制有
待进一步研究。
参考文献
阿也提古丽·斯迪克(2011). 宁夏平罗土壤含盐量遥感估算方法研
究[硕士论文]. 南京: 南京大学
白小明, 王靖婷, 贺佳圆, 董沁, 吕优伟, 孙吉雄(2013). 8个野生早熟
禾种子萌发期耐盐性研究. 草地学报, 21 (3): 546~555
代莉慧(2013). 盐地碱蓬种子萌发过程中耐盐生理指标测定及基因
表达分析[硕士论文]. 包头: 内蒙古科技大学
高秀华(2006). 盐芥耐盐相关基因的功能研究[博士论文]. 济南: 山
东师范大学
韩清芳, 李崇巍, 贾志宽(2003). 不同苜蓿品种种子萌发期耐盐性的
研究. 西北植物学报, 23 (4): 597~602
贺润喜, 王玉国, 张石城(1997).用电导仪测定植物组织呼吸速率.
山西农业大学学报, 17 (2): 165~167
胡宗英(2014). 不同盐碱胁迫对披碱草和紫花苜蓿种子萌发的影响
[硕士论文]. 长春: 吉林农业大学
李珂(2011). 过量表达盐地碱蓬叶绿体sAPX基因对拟南芥抗盐性
的影响[硕士论文]. 济南: 山东师范大学
李秀霞(2005). 新疆大果沙枣的抗盐性研究[硕士论文]. 乌鲁木齐:
新疆农业大学
刘建平, 李志军, 何良荣, 周正立, 徐雅丽(2004). 胡杨、灰叶胡杨种
子萌发期抗盐性的研究. 林业科学, 40 (2): 165~169
孙西红, 赵凌平, 王占彬(2014). Na2CO3胁迫对高洋茅种子萌发的
植物生理学报1616
影响. 草业科学, 31 (4): 677~682
王宝山, 赵可夫, 邹琦(1997). 作物耐盐机理研究进展及提高作物抗
盐性的对策. 植物学通报, 14 (S1): 25~30
阎顺国, 沈禹颖(1996). 生态因子对碱茅种子萌发期耐盐性影响的
数量分析. 植物生态学报, 20 (5): 414~422
杨育红, 张文辉(2006). 沙枣组织脱分化培养与快繁体系建立的研
究. 植物研究, 26 (4): 435~441
鱼小军, 王彦荣, 曾彦军, 苏德(2004). 温度和水分对无芒隐子草和
条叶车前种子萌发的影响. 生态学报, 24 (5): 883~887
袁宝财, 达海莉, 李晓瑞(2001). 宁夏枸杞的生物学特性及开发利用
前景. 河北林果研究, 16 (2): 151~153
张学勇, 陈忠林, 刘强, 穆中学(2012). 盐胁迫对结缕草和高羊茅种
子萌发的影响. 种子, 31 (9): 4~7
左凤月(2013). 盐胁迫对3种白刺生长、生理生化及解剖结构的影
响[硕士论文]. 重庆: 西南大学
Al-Khateeb SA (2006). Effect of salinity and temperature on germi-
nation, growth and ion relations of Panicum turgidum Forssk.
Bioresour Technol, 97: 292~298
Jia ZP, McCullough N, Martel R, Hemmingsen S, Young PG (1992).
Gene amplification at a locus encoding a putative Na+/H+ an-
tiporter confers sodium and lithium tolerance in fission yeast.
EMBO J, 11 (4): 1631~1640
Rubio-Casal AE, Castillo JM, Luque CJ, Figueroaa ME (2003). Influ-
ence of salinity on germination and seeds viability of two prima-
ry colonizers of Medsiterranean salt pans. J Arid Environ, 53 (3):
145~154
Suzuki K, Yano A, Shinshi H (1999). Slow and prolonged activation
of the p47 protein kinase during hypersensitive cell death in a
culture of tabacco cells. Plant Physiol, 119 (4): 1465~1472
Zhu JK, Liu J, Xiong L (1998). Genetic analysis of salt tolerance in
Arabidopsis: evidence for a critical role of potassium nutrition.
Plant Cell, 10 (7): 1181~1191