全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 2期，2007年 4月 235
不同硬实程度乌拉尔甘草种子的活力差异
田娟，孙群，王建华，孙宝启 *
中国农业大学农学与生物技术学院种子科学系，北京 100094
提要：根据乌拉尔甘草种子吸胀时间的长短将种子硬实程度分为 H0、H1、H2、H3、H4和Hmax 6个等级，测定其活力指
标；同时于盐胁迫和水分胁迫下测定硬实和非硬实种子的发芽率、发芽指数、胚根长度及幼苗的抗氧化酶活性。结果表
明：随着硬实程度的增大，种子的发芽率、发芽指数、胚根长度、脱氢酶活性和ATP含量均呈上升趋势，丙二醛(MDA)
含量则表现出下降趋势；在逆境条件下，硬实种子比非硬实种子的适应能力强。硬实种子的活力高于非硬实种子，硬实
程度与种子活力呈正相关。
关键词：乌拉尔甘草；硬实和非硬实种子；种子活力
Differences of Seed Vigor among Different Levels of Hard Seeds of Glycyrrhiza
uralensis Fisch.
TIAN Juan, SUN Qun, WANG Jian-Hua, SUN Bao-Qi*
Department of Seed Science, College of Agriculture and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100094, China
Abstract: According to the seed imbibing time, the seeds of Glycyrrhiza uralensis were grouped into 6 hard-
ness levels (H0, H1, H2, H3, H4 and Hmax), of which seed vigor were compared. The germination percentage,
germination index, length of radicle and activities of antioxidative enzymes under salt and water stresses were
compared. The result showed that the germination percentage, germination index, length of radicle, dehydroge-
nase activities and adenosine triphosphate content increased, malondialdehyde content decreased with the in-
creasing of hardness level. Hard seeds were more stress-tolerant. The vigor of hard seeds was greater than that
of soft seeds, and there was significant positive correlation between seed vigor and hardness in Glycyrrhiza
uralensis.
Key words: Glycyrrhiza uralensis; hard and soft seeds; seed vigor
收稿 2006-11-06 修定 　2007-03-14
* 通讯作者( E - m a i l：s q c a u @ 1 2 6 . c o m；T e l：0 1 0 -
6 2 7 3 2 7 7 5 )。
乌拉尔甘草为豆科多年生草本药用植物，是
最常用中药材之一。乌拉尔甘草种子的硬实率高
达 93% (乔世英等 2004)。有人研究小冠花(徐本美
等 1996)、白刺花(徐本美等1997)和刺槐(曹帮华等
2005)种子硬实现象的结果表明，硬实程度越高，
发芽势、发芽指数、活力指数就越高，抗逆能力
越强，表现出较高活力和优良遗传特性。甘草硬
实种子的研究一般多集中在破除硬实方法上，至
于甘草硬实种子活力的研究还未见报道。本文通
过测定乌拉尔甘草不同硬实程度种子的活力，探
索乌拉尔甘草种子活力与硬实程度的相关性，确
立未来种子检验规程中硬实种子的地位，以期能
为生产应用及硬实种子的种质资源保存提供参考。
材料与方法
实验材料为乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis
Fisch.)种子于 2004年采自内蒙古杭锦旗县，千粒
重约为 12 g。选择籽粒完整无损、色泽相似和大
小均一(直径为 2.5~3 mm)的种子，用蒸馏水浸种
(室温)，使其自然吸胀。第 1天吸胀的种子为试
验中硬实程度最低的种子，称为非硬实种子 H0，
未吸胀的种子继续浸泡；第 2天吸胀的种子称为
H1，以此类推，直至第 n天种子吸胀率低于 2%
时的未吸胀种子视为试验中硬实程度最高的种子
(Hmax)，H0、H1直至Hn-1种子以之代表不同硬实程
度的种子。统计每天的吸胀率，作为不同硬实程
度所占总种子批的比率。预试验过程中，种子浸
泡至第 5天时其吸胀率已低于 2%，在此基础上，
植物生理学通讯 第 43卷 第 2期，2007年 4月236
随机取相同的 6批种子，分别于第 1~6天用蒸馏
水浸泡，第 1天浸泡但在 5天后仍未吸胀的种子
为硬实种子，将其用浓硫酸浸种 60 min后再用蒸
馏水浸泡 1 d。第 2、3、4、5、6 天浸泡的种
子批分别浸泡 5、4、3、2、1 d 后吸胀的种子
分别为 H 4、H 3、H 2、H 1、H 0，吸胀率分别为
1.49%、2.93%、4.87%、6.51%和 17.8%，然
后进行发芽试验和测定相关生理生化指标。
作不同硬实程度的乌拉尔甘草种子的发芽试验
时，将不同硬实程度的种子用 0.1%的次氯酸钠溶
液消毒 10 min，蒸馏水冲洗数次后放在垫有 2层
滤纸的发芽盒(11.8 cm×11.8 cm)中，加入 7 mL蒸
馏水或处理溶液，每皿 100粒，每个处理重复 3
次，置于温度为 25 ℃的光照培养箱(型号 LRH-
250-H)中进行发芽试验。从摆盘之日开始，每天
观察并记录发芽情况(以胚根突破种皮为发芽标
准)，第 7天测量已发芽种子的胚根长度，计算发
芽率、发芽指数。计算公式为：发芽率 =(7 d内
发芽总数 /试验种子数)×100%；发芽指数 =Σ (Gt/
Dt) (Gt：第 t天的发芽数；Dt：相应发芽的天数)。
作抗逆试验时，采用硬实种子(Hmax)及非硬
实种子(H0)进行盐胁迫及水分胁迫发芽试验。硬
实种子发芽前处理方法同上。
盐胁迫用浓度分别为 50、100、200和 400
mmol·L-1的NaCl溶液处理；水分胁迫用聚乙二醇
(PEG6000)溶液模拟，浓度有 10%和 20% (W/V)；
以蒸馏水作对照。为保证处理溶液的浓度恒定，
每 2 d换 1次发芽纸。其它步骤同上。在萌发 7 d
后，幼苗的超氧化物歧化酶 ( s u p e r o x i d e
dismuta se，SOD)、过氧化物酶(peroxidase，
POD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)活性分别用
硝基四唑蓝还原法(Stewart和Bewley 1980)、愈创
木酚氧化法(高文远等 1998)和紫外吸收法(邹琦
2000)测定。
TTC测定采用 TTC定量法(颜启传和黄亚军
1992)，ATP含量测定采用荧光素酶法(颜启传
2000)，丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量测
定参照周琴等(2004)文中的方法。
所测结果用SAS 8.2 软件分析结果差异显著性。
实验结果
1 乌拉尔甘草不同硬实程度种子的比例和活力差
异
表 1 显示：( 1 )第 1 天种子吸胀率最高，为
17.80%，此批吸胀种子为非硬实种子(H0)，随着
天数的增加，吸胀率逐渐降低，第 5天吸胀率仅
有 1.49%，将第 5天仍未吸胀的种子记为硬实程
度最深的种子(Hmax)。H0种子的发芽率最低，为
66.7%；随着种子硬实程度的加深，发芽率逐渐
增加，H m a x 种子经处理后，发芽率最高，达到
99.3%。而且随着硬实程度的加深，发芽指数和
胚根长也呈上升趋势，H ma x的发芽指数分别比
H0~H4提高了 106.2%、16.32%、12.30%、7.52%
和 3.64%，表明种子的萌发速度和幼苗的健壮程
度逐渐提高。
(2)种子的脱氢酶活性和ATP含量均随硬实程
度加深呈显著(P>0.05)增高的趋势，Hmax的脱氢酶
活性和ATP含量最高；在某种程度上间接反映了
硬实种子种胚呼吸代谢的强度和能量代谢能力处于
较高的水平，是种子高活力的表现。
表 1 不同硬实程度乌拉尔甘草种子的活力指标
Table 1 Vigor indexes of G. uralensis seeds in different hard levels
不同硬实程 占总种子批 发芽率 /% 发芽指数 胚根长 /cm TTC活性 / ATP含量 / MDA含量 /
度的种子 比率 /% µg·mL-1 10-9 mol·L-1 µmol·g-1
H0 17.80 66.7c 46.50d 1.88d 0.0018d 4.3961c 9.5639a
H1 6.51 91.3b 81.58c 2.58c — — —
H2 4.87 93.3b 85.39cb 2.69cb 0.0021c 5.3101b 4.6732b
H3 2.93 95.3ab 88.25b 2.90b — — —
H4 1.49 96.3ab 91.56ab 3.28a 0.0023b 5.3733b 3.5408c
Hmax 64.88 99.3a 94.89a 3.20a 0.0025a 6.1272a 2.9820c
同列不同字母表示 0 . 0 5 水平显著差异。—表示未测定。
植物生理学通讯 第 43卷 第 2期，2007年 4月 237
(3)种子MDA含量随着其硬实程度的加深而
逐渐降低，Hmax的MDA含量最低，一定程度上可
以说明其膜脂过氧化水平低，膜受损伤程度较小。
2 盐胁迫对乌拉尔甘草硬实与非硬实种子萌发及
其幼苗中 SOD、POD和CAT活性的影响
表 2 和图 1~3 显示：(1 )盐胁迫条件下，在
NaCl浓度为 0~200 mmol·L-1时，Hmax发芽率均维
持在较高的水平；NaCl浓度为 400 mmol·L-1时，
发芽率显著下降(P>0.05)，与未作NaCl处理的相
比降低 26.4%。与Hmax相比，H0的发芽率则处于
较低水平，NaCl浓度为 50 mmol·L-1时，发芽率
最高(74.0%)；之后，发芽率随着盐浓度的增高
而依次降低；NaCl浓度为 400 mmol·L-1时，发芽
率降至 1 3 . 3 %，与未作 N a C l 处理的相比下降
73.9%。发芽指数的变化趋势与发芽率基本上一
致，NaCl浓度为 400 mmol·L-1时，Hmax和H0分别
比未作NaCl处理的降低 85.1%和 94.6%。二者的
胚根长度均随着盐浓度的增加而降低(表 2)。
表 2 NaCl胁迫对乌拉尔甘草种子萌发的影响
Table 2 Effect of NaCl stress on germination of G. uralensis seeds

NaCl浓度 发芽率 /% 发芽指数 胚根长 /cm

/mmol·L-1
H0 Hmax H0 Hmax H0 Hmax
0 67.0a 98.7a 41.23b 97.06a 2.16a 2.86a
50 74.0a 99.3a 51.23a 97.42a 2.26a 2.82a
100 53.3b 99.3a 33.87c 94.94a 1.81b 2.51a
200 51.0b 99.0a 24.43d 74.98b 1.32c 1.66b
400 13.3c 72.7b 2.21e 14.46c — —
同列不同字母表示 0 . 0 5 水平显著差异。—表示未测定。
(2)在相同盐胁迫条件下，Hmax萌发 7 d后幼
苗的 SOD、POD和 CAT活性基本高于H0幼苗。
NaCl浓度为50 mmol·L-1时，Hmax和H0幼苗的SOD
活性最低且两者基本接近；NaCl浓度为 50~200
mmol·L-1时，随NaCl浓度的增高，Hmax和 H0幼
苗的 SOD 活性均呈上升趋势，两者差异不显著
(P>0.05)；NaCl浓度达 400 mmol·L-1时，Hmax幼
苗的 SOD活性继续升高，而H0的 SOD活性明显
降低，且 Hmax幼苗的 SOD活性显著高于 H0 (P>
0.05)，说明高盐胁迫对H0萌发幼苗的 SOD产生
抑制作用，加剧膜脂过氧化(图 1)。Hmax幼苗POD
活性在NaCl浓度为 50 mmol·L-1时显著提高，之
后维持在较高的活力水平；H0幼苗POD活性随着
图 1 NaCl胁迫对乌拉尔甘草种子幼苗 SOD活性的影响
Fig.1 Effect of NaCl stress on SOD activity
of G. uralensis seedlings
不同字母代表 0 . 0 5 水平显著差异。下图同此。
图 2 NaCl胁迫对乌拉尔甘草种子幼苗 POD活性的影响
Fig.2 Effect of NaCl stress on POD activity
of G. uralensis seedlings
植物生理学通讯 第 43卷 第 2期，2007年 4月238
NaCl浓度的增高呈双峰曲线变化(图 2)。在NaCl
浓度为 0~200 mmol·L-1时，Hmax和H0幼苗CAT活
性变化趋势基本上一致，都是随着NaCl浓度的增
高而上升，Hmax幼苗 CAT活性略高于 H0，但差
异不显著(P>0.05)；NaCl浓度为 400 mmol·L-1时，
Hmax的 CAT活性明显升高，H0则变化不明显(图
3)。这些表明：Hmax与 H0的耐盐性存在着差异，
Hmax的耐盐能力比H0强。
57.31%和 69.89%，胚根的长度分别下降 22.61%
和 15 .2 8%。从上述可见：在种子萌发过程中，
水分胁迫对非硬实种子的影响更显著；硬实种子
的耐旱能力比非硬实种子强(表 3)。
(2)在相同水分胁迫条件下，Hmax萌发 7 d后
幼苗的 SOD、POD和 CAT活性同样也高于H0幼
图 4 水分胁迫对乌拉尔甘草种子幼苗 SOD活性的影响
Fig.4 Effect of water stress on SOD activity
of G. uralensis seedlings
图 5 水分胁迫对乌拉尔甘草种子幼苗 POD活性的影响
Fig.5 Effect of water stress on POD activity
of G. uralensis seedlings
表 3 水分胁迫对乌拉尔甘草种子萌发的影响
Table 3 Effect of water stress on seed germination of G. uralensis seeds
发芽率 /% 发芽指数 胚根长 /cm
PEG浓度 /%
H0 Hmax H0 Hmax H0 Hmax
0 70.0a 98.7a 48.56a 97.11a 2.16b 3.14b
1 0 64.0a 98.3a 39.25b 87.72b 3.06a 3.70a
2 0 38.7b 83.0b 14.62c 41.46c 1.83c 2.43c
同列不同字母表示 0 .0 5 水平显著差异。
图 3 NaCl胁迫对乌拉尔甘草种子幼苗CAT活性的影响
Fig.3 Effect of NaCl stress on CAT activity
of G. uralensis seedlings　
3 水分胁迫对乌拉尔甘草硬实和非硬实种子萌发
及其幼苗中 SOD、POD和CAT活性的影响
由表 3和图 4~6显示：(1)水分胁迫条件下,
PEG浓度为10%时，Hmax和H0的发芽率与未作PEG
处理的相比均无显著变化；二者的发芽指数比未
作 PEG处理的均显著下降；胚根长度显著增加，
表明轻度水分胁迫对乌拉尔甘草种子胚根伸长有促
进作用。PEG浓度为 20%时，Hmax和H0的发芽
率、发芽指数、胚根长均显著降低，发芽率分
别下降 15.88% 和 44.76%，发芽指数分别下降
植物生理学通讯 第 43卷 第 2期，2007年 4月 239
苗。PEG浓度为 10%时，Hmax和H0幼苗的 SOD
和 POD活性略有增高；PEG浓度为 20%时，Hmax
萌发的幼苗的 SOD和 POD活性继续增高，而H0
萌发幼苗的SOD和POD活性则呈下降趋势(图4和
5)。Hmax和H0幼苗的CAT活性随PEG浓度的升高
均呈下降趋势，PEG浓度为 10%时，Hmax的CAT
活性与H0相比维持在较高的水平(图 6)。这些表
明：在种子萌发过程中，水分胁迫对非硬实种子
的影响更显著；硬实种子的耐旱能力比非硬实种子
强 。
的活性越高，植物的抗逆能力越强。张木青等
(1996)、蒋明义等(1992)和唐连顺等(1991)研究蔗
叶和玉米的结果表明，水分胁迫时间较短和强度
较弱时，SOD活性明显上升，当胁迫超过一定的
阈值后则开始下降，并认为植物的抗逆性越强，
阈值范围越大，反之越小。在本文中，硬实种
子幼苗的SOD活性随着NaCl和PEG胁迫程度的加
深呈上升趋势，非硬实种子幼苗 SOD 活性随着
NaCl和PEG胁迫程度的加深呈先上升后下降的趋
势，说明硬实种子耐盐和耐水分阈值的范围大于
非硬实种子，其在逆境条件下有较强的适应能
力。硬实种子和非硬实种子萌发 7 d后幼苗的抗
氧化酶(SOD、POD和 CAT)随着盐和水分胁迫程
度的加深表现出不同的变化趋势，但在相同处理
条件下，硬实种子的 POD活性显著高于非硬实种
子，在一定的胁迫强度下硬实种子的SOD和CAT
活性也显著高于非硬实种子，说明硬实种子存在
着较强的保护酶调节系统。
在NaCl浓度为 50 mmol·L-1时，硬实种子和
非硬实种子的发芽率、发芽指数和胚根长都略高
于未作NaCl处理的，PEG浓度为 10%时，硬实
种子和非硬实种子的胚根长度显著增加，这可能
是较低的渗透势对种子有引发的作用。同时，
NaCl浓度为 50 mmol·L-1时，硬实种子和非硬实种
子萌发 7 d后幼苗 SOD活性达到最低且两者基本
上接近，高于或低于这个浓度，SOD 活性均上
升，说明植物细胞活性氧处于低水平。总之，乌
拉尔甘草硬实种子和非硬实种子的抗逆性存在着差
异，前者适应逆境的能力强于后者。硬实种子内
部是否存在与其抗逆性有关的物质，还待进一步
探究。
参考文献
曹帮华, 翟明普, 郭俊(2005). 不同硬实程度的刺槐种子活力差异
性研究. 林业科学, 41 (2): 44~47
杜朝昆, 李忠光, 龚明(2005). 水杨酸诱导的玉米幼苗适应高温
和低温胁迫的能力与抗氧化酶系统的关系. 植物生理学通讯,
41 (1): 19~22
高文远, 李志亮, 肖培根(1998). 甘草种子萌发初期过氧化物酶
的研究. 中国中药杂志, 23 (4): 212~213
蒋明义, 荆家海, 王韶堂(1991). 渗透胁迫对水稻幼苗膜脂过氧
化及体内保护系统的影响. 植物生理学报, 17 (1): 30~84
乔世英, 成树春, 王志本(2004). 中国甘草. 北京: 中国农业科学技
图 6 水分胁迫对乌拉尔甘草种子幼苗CAT活性的影响
Fig.6 Effect of water stress on CAT activity
of G. uralensis seedlings
讨 论
本文从种子萌发能力、幼苗生长潜力、呼吸
速率、能量代谢、细胞膜受损伤程度等相关的生
理生化指标变化分析，说明不同硬实程度乌拉尔
甘草种子的活力存在着差异；硬实种子的活力高
于非硬实种子，其活力随着硬实程度的加深而不
断提高的；甘草种子的硬实程度越高，在萌发过
程中脱氢酶活性越高，ATP水平越高，膜受损的
程度越低，发芽率和活力指数也相应的提高。这
与徐本美等(1996，1997)、曹帮华等(2005)研究
的蓝花棘豆、小冠花、刺槐等植物的硬实种子得
到的结果一致。
SOD、CAT和 POD是防御系统中重要的保
护酶，保护生物膜系统免受活性氧自由基损伤，
一定程度上能够反映植物抵抗逆境伤害的能力(杜
朝昆等 2005)。一般认为，SOD、POD 和 CAT
植物生理学通讯 第 43卷 第 2期，2007年 4月240
术出版社, 54~56
唐连顺, 李广敏, 商振清, 池书敏(1992). 水分胁迫对玉米幼苗膜
脂过氧化及保护酶的影响. 河北农业大学学报, 15 (2): 34~40
徐本美, 冯桂强, 白原生, 孙浩, 梁飞凤, 刘宝莲, 杨惠清(1996).
小冠花种子休眠与萌发的研究. 草地学报, 4 (2): 134~140
徐本美, 冯桂强, 张金政, 龙雅宜, 史晓华(1997). 白刺花硬实种
子特性的研究. 植物学通报, 14 (2): 45~48
颜启传(2000). 种子学. 北京: 中国农业出版社, 116~117
颜启传, 黄亚军(1992). 种子四唑测定手册. 上海: 上海科学技术
出版社, 81~83
张木清, 陈如凯, 余松烈(1996). 水分胁迫下蔗叶活性氧代谢的数
学分析. 作物学报, 22 (6): 729~735
周琴, 姜东, 戴廷波, 荆奇, 曹卫星(2004). 不同浓度糖氮对离体
穗培养小麦粒重和叶片膜脂过氧化作用的影响. 植物生理学
通讯, 40 (4): 443~446
邹琦(2 00 0) . 植物生理生化实验指导. 北京: 中国农业出版社,
168~169
Stewart RRC, Bewley JD (1980). Lipid peroxidation associated
with accelerated aging of soybean axes. Plant Physiol, 65:
245~248