全 文 ：Vol. 30 , No. 4
pp. 334～341 　Apr. , 2004
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 30 卷 第 4 期
2004 年 4 月 　334～341 页
NaCl 和 Na2 CO3对玉米生长和生理胁迫效应的比较研究
曲元刚　赵可夫 Ξ
(山东师范大学盐生植物工程技术研究中心 ,山东济南 250014)
摘 　要 　分别用不同浓度的 NaCl 和 Na2 CO3 溶液处理玉米 ,然后测定干重、渗透调节能力的变化 ,离子、丙二醛 (MDA) 、
氨基酸 (AA) 、有机酸 (OA) 、脯氨酸 (Pro) 、可溶性糖 (SS) 的含量 ,液泡膜 H+ 2ATPase (V2H+ 2ATPase) ,液泡膜 H+ 2PPase (V2
H+ 2PPase) 、超氧化物歧化酶 (SOD)的活性。结果表明 ,玉米在 Na2 CO3 作用下 ,其生长和生理变化和 NaCl 胁迫是不一样
的。玉米在 Na2 CO3 胁迫下 ,离子均衡遭到极大破坏 ,酸性物质对 pH 值的缓冲作用较小 ,Na + 区域化能力的提高受到限
制 ,活性氧清除能力显著减小 ,膜系统受到严重损害。所有这些变化导致了 Na2 CO3 对玉米的伤害作用远大于 NaCl。
关键词 　玉米 ;NaCl ;Na2 CO3 ;胁迫
中图分类号 : Q945
Comparative Studies on Growth and Physiological Reaction of Zea mays under NaCl
and Na2 CO3 Stresses
QU Yuan2Gang , 　ZHAO Ke2Fu 3
( Shandong Normal University , Shandong Engineering and Technology Center for Halophyte , Jinan 250014 , Shandong , China)
Abstract 　Seedlings of Zea mays growing in Hoagland nutrient solutions were treated with different concentrations of NaCl
(50 ,100 mmolΠL) and Na2 CO3 (25 , 50 mmolΠL) . Then the changes in dry weight , osmotic potential , the activities of V2
H+ 2ATPase , V2H+ 2PPase , SOD and the contents of ions , MDA , amino acids , organic acids , proline , soluble sugar were
determined. The results showed that the changes in growth and physiology of Zea mays under Na2 CO3 stress were different
from that under NaCl stress. Although the growth of Zea mays could be inhibited by both NaCl and Na2 CO3 stresses and the
inhibition was aggravated with the increasing salinity , the extent of inhibition resulted from Na2 CO3 stresses was greater than
that from NaCl stress. Compared with NaCl treatment , under Na2 CO3 stress : (1) the acid solutes played an unimportant
role in buffering the pH value in cell ; (2) the ion homeostasis in the leaves of Zea mays was disturbed greatly ; (3) the ex2
tent of improvement of Na + compartmentation was limited because of the lower activities of V2H+ 2ATPase , V2H+ 2PPase ;
(4) the ability of scavenging reactive oxygen species ( ROS) became lower due to the decrease of SOD activity that was
proved by the increase of MDA content in the leaves of Zea mays which implied the serious damage of the cell membrane
system. For all above factors the injuries imposed by Na2 CO3 stress was greater than that by NaCl treatment .
Key words 　Zea mays ; NaCl ; Na2 CO3 ; Stress
　　土壤中的致害盐类除了以 NaCl 为主的中性盐
以外 ,还有以 Na2 CO3 为主的碱性盐。在我国日益扩
大的内陆盐碱地中 ,很大一部分就是以 Na2 CO3 为主
的苏打盐碱土。近年来 ,有关植物抗盐方面的研究
日趋深入。但这些研究多以中性盐为主 ,对碱性盐
涉及不多。有人也曾以一些盐生牧草[1～4 ] 和几种非
盐生植物[5 ,6 ]为对象 ,研究 NaCl 和 Na2 CO3 对它们的
胁迫效应。结果表明 ,碱性盐对植物的胁迫因素除
了和中性盐共有的离子毒害、渗透胁迫之外 ,还有高
pH 值及明显降低矿质元素的可利用性等方面[7 ] 。
而且在这些胁迫因素中 ,高 pH 值是首要的 ,离子毒
害次之 ,渗透效应最小[8 ] 。他们还指出 ,Na2 CO3 对Ξ基金项目 :国家重点基础研究发展规划项目 ( G1999011700) 。
作者简介 :曲元刚 ,男 ,在读硕士 ,从事植物抗盐生理研究。3 通讯作者 :赵可夫。Tel : 053126187879 ,053126182568 ;Fax : 053122966954 ; E2mail : zhaokefu @263. net
Received(收稿日期) :2002212211 , Accepted(接受日期) :2003206224.

植物的作用 ,在有机酸、离子、可溶性糖含量以及生
长、质膜透性、光合酶活性等方面都不同于 NaCl。
碱性盐对植物的伤害作用明显大于中性盐 ,也具有
更大的生态破坏力[1 ] 。尽管前人做了很多工作 ,但
Na2 CO3 对植物的伤害机理还远不止于此 ,例如离子
的区域化 ,关键酶的活性 ,渗透调节等都和植物的抗
碱能力有密切关系。所以有必要对碱性盐对植物的
胁迫效应及其机理做更进一步的研究。本文以非盐
生植物玉米为研究对象 ,中性盐 NaCl (暂且称之为
盐)为对照 ,从离子平衡、质子泵水解活性、离子区域
化、渗透调节、活性氧代谢等方面 , 探讨碱性盐
Na2 CO3 (暂且称之为碱) 对植物的胁迫效应及其
机理。　　　
1 　材料与方法
111 　材料培养
　　将玉米 ( Zea mays ) (农大 106) 种子用 011 %
HgCl2 消毒后 ,用流水冲洗干净 ,播种于装有细沙的
塑料盆内 (直径 20 cm、高 22 cm) 。萌发后 ,每天浇灌
1Π2 Hoagland 培养液。培养室的昼夜温度为 (30 ±
2) ℃Π(23 ±2) ℃,每天照光 15 h , 光强为 600μmol·
m
- 2·s - 1 ,相对湿度为 60 %～80 %。待长出第二片真
叶时 ,每盆保留 5 株生长一致的健壮幼苗。
112 　处理方法
幼苗长至三叶一心时 ,分别用含不同浓度的
NaCl (50 和 100 mmolΠL , pH 值分别为 711 和 7112)
和 Na2 CO3 (25 和 50 mmolΠL , pH 值分别为 10124 和
10152)的 Hoagland 溶液进行处理 ,对照为完全 Hoag2
land 培养液 (pH 值为 7103) 。NaCl 处理液每天递增
25 mmolΠL ,Na2 CO3 处理液每天递增 1215 mmolΠL。
各个处理于同一天达到预定浓度。然后每天以预定
浓度的处理液浇灌 ,浇灌量为细沙持水量的二倍 ,从
而将以前的积余盐冲洗掉 ,以保持各个处理液浓度
的恒定。处理 6 d 后测定有关指标 ,除特殊说明外 ,
每个处理 3 个重复。
113 　测定方法
11311 　干重的测定 　　取出完整植株 ,用去离子水
快速冲洗掉沙粒和灰尘 ,放入烘箱以 105 ℃杀青 10
min ,80 ℃烘干至恒重 , 然后称重。每处理 18 个
重复。　　
11312 　无机离子和有机物含量的测定 　　取一定
量叶片 ,用蒸馏水洗净、烘干、磨碎、称重 ,置马伏炉
550 ℃灰化 ,灰分用少许浓硝酸溶解 ,用蒸馏水定容 ,
用原子吸收光谱仪 (日立 Z28000 型) 测定 Na + 、K+ 、
Ca2 + 、Mg2 + 、Fe2 + 的含量。Cl - 含量用 PXSJ2216 型离
子分析仪测定 ,NO -3 含量用比色法测定[9 ] 。氨基酸
含量的测定采用茚三酮比色法[10 ] ,有机酸含量的测
定按西北农业大学生理生化教研室[11 ] 的方法进行 ,
脯氨酸含量的测定采用 Troll [12 ] 的方法 ,可溶性糖含
量的测定采用蒽酮2硫酸比色法[13 ] 。
11313 　液泡膜微囊的分离和 V2H+ 2ATPase、V2H+ 2
PPase 水解活性的测定 　　参照陈沁等[14 ]的方法。
11314 　渗透势和渗透调节能力的测定 　　取玉米
同一部位的叶片 ,快速用蒸馏水冲洗表面灰尘 ,用吸
水纸吸干 ,立即放入液氮中 ,15 min 后取出置于注射
器中 ,解冻后挤出汁液 ,用 OSMOMAT2030 型冰点渗
透压计测定细胞汁液的 ic 值 ,然后按ψ= - icRT 计
算渗透势。渗透调节能力 (OAA) 按 OAA =ψ对照 -
ψ处理计算。另外 ,各种有机和无机溶质的渗透势也
按ψ= - icRT 计算。
11315 　MDA 含量和 SOD 活性的测定 　　MDA 含量
的测定参照林植芳等的硫代巴比妥酸 ( TBA) 法[16 ] 。
SOD 活性的测定参照朱广廉等[17 ] 的方法 ,略加改
进。酶活力按下式计算 :酶活力 (U·mg - 1 protein·
h - 1 ) =ΔA ×60Π( A0 TC ×0101 ×50 %) ,式中 A0 为未
加酶液的反应液在 560 nm 处的吸光度值 ;ΔA 为未
加酶液的反应液与加入酶液的反应液在 560 nm 处
的吸光度值的差 ; T 为照光时间 (10 min) ; C 为提取
液中的蛋白含量 (mgΠmL) ;0101 为加入酶液的体积
(mL) ;60 为 60 min (要计算 1 h 的酶活力) 。
2 　结果
211 　NaCl、Na2 CO3 对玉米生长的影响
　　表观上 ,玉米在 NaCl 胁迫下 ,植株长的瘦弱 ,且
NaCl 浓度越大越明显。而玉米在 Na2 CO3 胁迫下 ,
不但植株瘦弱 ,而且叶片发黄发暗 ,当胁迫达第 6 天
时 ,叶片开始萎蔫 ,呈灼烧状 ,Na2 CO3 浓度越大越明
显。从整株干重变化看 ,玉米在 50 和 100 mmolΠL
NaCl 胁迫下 ,干重分别为对照的 98 % ( P > 0105) 和
7911 %( P < 0105) ,而玉米在 25 和 50 mmolΠL Na2 CO3
胁迫下 ,干重分别为对照的 8316 % ( P < 0105) 和
6415 %( P < 01001) (图 1) 。这说明 ,NaCl 和 Na2 CO3
均能抑制玉米的生长 ,而且在培养液 Na + 浓度相同
时 ,Na2 CO3 对玉米的抑制作用大于 NaCl ,即对玉米
533　4 期 曲元刚等 :NaCl 和 Na2 CO3对玉米生长和生理胁迫效应的比较研究 　　　

来说碱害大于盐害。
图 1 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米整株干重的影响
Fig11 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the dry
weight of whole plant of Zea mays
212 　NaCl、Na2 CO3 对玉米离子含量的影响
图 2 表明 ,玉米在 NaCl 胁迫下 ,叶片离子总量
增加 ,分别为对照的 1106 倍 (50 mmolΠL) 和 1120 倍
(100 mmolΠL) 。在各种离子中 ,Na + 、Cl - 含量显著升
高 ,在 NaCl 浓度为 100 mmolΠL 时 ,它们分别为对照
的 299 %、167 %。玉米在 Na2 CO3 胁迫下 ,叶片离子
总量也增加 ,而且增加的幅度大于等 Na + 浓度的
NaCl 胁迫 ,如在 25 和 50 mmolΠL Na2 CO3 胁迫下 ,总
离子含量分别为对照的 1111 倍和 1157 倍 ,为等
Na + 浓度的 NaCl 胁迫时的 1105 倍和 1131 倍。在各
种离子中 ,Na + 含量升高显著 ,而且上升的幅度大于
图 2 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米叶片离子含量的影响
Fig12 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the ions
contents in leaves of Zea mays
等 Na + 浓度的 NaCl 胁迫时 , 在 25 和 50 mmolΠL
Na2 CO3 胁迫下 ,Na + 含量分别为对照的 5142 倍和
9183 倍 ,为等 Na + 浓度的 NaCl 胁迫时的 3137 倍和
3129 倍。
213 　NaCl、Na2 CO3 对玉米 Na +叶Π Na +根 和 Na + Π K+
的影响
　　玉米在 NaCl 胁迫下 ,Na +叶ΠNa +根比上升 ,分别为
对照的 1111 倍 (50 mmolΠL)和 1126 倍 (100 mmolΠL) 。
在 Na2 CO3 胁迫下 ,Na +叶ΠNa +根比的上升幅度大于等
Na + 浓度的 NaCl 胁迫时 ,在 25 和 50 mmolΠL Na2 CO3
胁迫下 ,Na +叶ΠNa +根 比分别为对照的 1148 倍和 2130
倍 ,为等 Na + 浓度的 NaCl 胁迫时的 1134 倍和 1182
倍 (图 3) 。
图 3 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米 Na +叶ΠNa +根比的影响
Fig13 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the ratio
of Na +leafΠNa +root of Zea mays
　　玉米在 NaCl 胁迫下 ,叶片内的 Na + ΠK+ 上升 ,当
NaCl 浓度为 50 和 100 mmolΠL 时 ,分别为对照的
1175 倍和 3172 倍。在 Na2 CO3 胁迫下 ,叶片内的
Na + ΠK+ 的上升幅度大于等 Na + 浓度的 NaCl 胁迫
时 ,在 25 和 50 mmolΠL Na2 CO3 胁迫下 ,Na + ΠK+ 分别
为对照的 6169 倍和 17172 倍 ,为等 Na + 浓度的 NaCl
胁迫时的 4179 倍和 4177 倍。根内 Na + ΠK+ 变化情
况和叶内相似 ,并且无论是在对照情况下 ,还是在
NaCl、Na2 CO3 胁迫下 ,都大于叶内的 Na + ΠK+ 比 (图
4) 。
214 　NaCl、Na2 CO3 对玉米叶片内有机物含量的影
响
　　在 NaCl 胁迫下 ,叶片内有机物总量明显增加 ,
分别为对照的 1133 倍 (50 mmolΠL) 和 1189 倍 (100
mmolΠL) 。在各种有机物中 ,氨基酸、脯氨酸、可溶性
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糖都大幅增加 ,在 100 mmolΠL NaCl 胁迫下 ,分别为
对照的 2124 倍、3192 倍和 1197 倍。有机酸含量虽
然也增加 ,但增幅不明显 ( P > 0105) (图 5) 。
在Na2 CO3 胁迫下 ,叶片内有机物总量也增加 ,
但增幅较小 ,当 Na2 CO3 浓度为 25 和 50 mmolΠL 时 ,
分别为对照的 1104 倍和 1117 倍。在各种有机物
中 ,氨基酸含量下降 ,在 25 和 50 mmolΠL Na2 CO3 胁
迫下 ,分别为对照的 7312 %和 90 % ;有机酸含量增
加 ,但增幅也不明显 ;脯氨酸、可溶性糖均大幅增加 ,
如在 50 mmolΠL Na2 CO3 胁迫下 ,分别为对照的 3162
倍和 1141 倍 (图 5) 。
图 4 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米叶和根内 Na + ΠK+ 比的影响
Fig14 Effects of NaCl and Na2CO3 on the ratio
of Na + ΠK+ in leaves and roots of Zea mays
图 5 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米叶片有机物含量的影响
Fig15 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the contents
of organic solutes in leaves of Zea mays
215 　NaCl、Na2 CO3 胁迫下玉米叶片内各种渗透调
节物质对渗透势的贡献
　　在 NaCl 和 Na2 CO3 胁迫下 ,玉米叶片的渗透调
节能力均随盐度的增加而增高。在培养液 Na + 浓度
为 50 mmolΠL 时 ,NaCl 处理下的玉米叶片的渗透调
节能力大于 Na2 CO3 处理的 ,而在培养液 Na + 浓度为
100 mmolΠL 时 ,则相反 (图 6) 。渗透调节能力加大 ,
是玉米对外界渗透胁迫的一种适应能力。
图 6 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米渗透调节能力的影响
Fig16 Effects of NaCl and Na2 CO3 on osmotic
adjustment ability of Zea mays
对于渗透调节能力 ,由表 1 可看出 ,在 NaCl 胁
迫下 ,无机离子是渗透调节物质的主要成分 ,约占
COP(计算渗透势) 的 66 %～71 % ,但其贡献随盐浓
度的增加而减小 ;有机物虽然不是渗透调节物质的
主要成分 (约占 COP 的 28 %～34 %) ,但其贡献随盐
浓度的增加而加大。在 Na2 CO3 胁迫下 ,无机离子也
是主要的渗透调节物质 ,约占 COP 的 76 %～80 % ,
而且其贡献随盐浓度的增加而增加 ;有机物对 COP
的贡献较小 ,约占 COP 的 19 %～23 % ,而且其对
COP 的贡献随盐浓度的升高而减小。
216 　NaCl、Na2 CO3 对玉米叶片 V2H+ 2ATPase、V2
H+ 2PPase 水解活性的影响
　　100 mmolΠL NaCl 胁迫下 , 玉米叶片 V2H+ 2AT2
Pase 和 V2H+ 2PPase 活性都极显著地增加 ,分别为对
照的 1196 倍 ( P < 0101) 和 1142 倍 ( P < 01001) 。50
mmolΠL Na2 CO3 也能显著提高 V2H+ 2ATPase 和 V2
H+ 2PPase 的活性 ,分别为对照的 1156 倍 ( P < 0105)
和 1132 倍 ( P < 0105) ,但提高幅度远小于 NaCl 处
理 ,分别为 NaCl 胁迫的 7817 %和 9217 %(图 7) 。
733　4 期 曲元刚等 :NaCl 和 Na2 CO3对玉米生长和生理胁迫效应的比较研究 　　　

表 1 NaCl、Na2 CO3 胁迫下玉米叶片内各种渗透调节物质的渗透势占计算渗透势( COP)的百分比
Table 1 Percentage of the osmotic potential of osmotic adjustment substances the calculated osmotic potential ( COP)
in the leaves of Zea mays under NaCl and Na2 CO3 stresses
处理
Treatment
(mmolΠL) Percentage in COP ( %)无机物Inorganic
substances
有机物
Organic
substances
Na + K+ Ca2 + Mg2 + Fe2 + Cl - NO -3 AA OA Pro SS
CK 01756 01244 01055 01313 01074 01061 0100193 01195 01056 01085 01049 0100064 01110
NaCl
50 01711 01289 01079 01255 01056 01051 0100152 01222 01045 01118 01045 0100081 01126
100 01663 01337 01121 01184 01040 01048 0100062 01239 01031 01140 01037 0100184 01158
Na2CO3
25 01767 01233 01274 01185 01052 01070 0100034 01171 01014 01057 01052 0100120 01123
50 01806 01194 01369 01118 01052 01063 0100023 01154 01049 01052 01035 0100158 01105
图 8 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米叶片 SOD 活性的影响
Fig18 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the SOD
activity in leaves of Zea mays
图 7 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米叶片
V2H+ 2ATPase、V2H+ 2PPase 活性的影响
Fig17 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the activities
of V2H+ 2ATPase and V2H+ 2PPase in leaves of Zea mays
217 　NaCl、Na2 CO3 对玉米叶片 SOD 活性和 MDA
含量的影响
　　由图 8 可看出 ,在 50 mmolΠL NaCl 处理下 ,SOD
的活性增加 ,为对照的 1109 倍 ( P < 0105) 。而在 100
mmolΠL NaCl 处理下 ,SOD 的活性则降低 ,为对照的
9615 %。而在 25 和 50 mmolΠL Na2 CO3 处理下 ,SOD
活性则一直下降 ,分别为对照的 8219 % ( P < 0105)
和 7318 %( P < 01001) 。
MDA 是膜脂过氧化的产物 ,它的含量可以在一
定程度上反映膜损伤程度的大小。图 9 表明 ,在 50
和 100 mmolΠL NaCl 胁迫下 ,玉米叶片 MDA 含量显
著增加 ( P < 0105) ,分别为对照的 1117 倍和 1126
倍。在 Na2 CO3 胁迫下 ,MDA 含量也显著增加 ,而且
增加幅度大于等Na + 浓度的NaCl 胁迫。在 25 mmolΠ 图 9 NaCl 和 Na2 CO3 对玉米叶片 MDA含量的影响Fig19 Effects of NaCl and Na2 CO3 on the MDAcontent in leaves of Zea mays
833 　　　作 　　物 　　学 　　报 30 卷 　

L 和 50 mmolΠL Na2 CO3 作用下 ,分别为对照的 1139
倍( P < 0105) 和 1152 倍 ( P < 0101) ,为等 Na + 浓度
NaCl 处理的 1118 倍和 1121 倍。
3 　讨论
311 　关于离子均衡
　　有人认为离子均衡过程是植物抗盐的主要机
制[18 ] 。在正常生理状态下 ,细胞内各种离子保持均
衡状态。过多的 Na + 对植物是有害的 ,而 K+ 却是惟
一一种植物所必需的而且必须以相对高浓度存在的
离子 ,所以维持低的胞质 Na + ΠK+ 比对盐胁迫下植
物的存活是必要的[19 ] 。大多数植物对 K+ 、Na + 的吸
收具有拮抗作用 ,即随体内 Na + 含量上升 K+ 含量则
下降 ,即 Na + Π K+ 比升高。玉米无论在 NaCl 还是
Na2 CO3 胁迫下 ,Na + ΠK+ 比都升高 ,从而产生离子不
均衡现象 ,使植物受害。而且不论在根内还是在叶
内 ,Na2 CO3 胁迫使 Na + Π K+ 比增加的幅度都大于
NaCl 胁迫时 (图 4) ,其产生的离子不均衡现象更严
重 ,这是 Na2 CO3 胁迫更有害于 NaCl 胁迫的原因之
一。另外 ,一般非盐生植物 ,根中 Na + 远多于 K+ ,即
Na + ΠK+ > 1 ,而叶中 K+ 则远多于 Na + ,即 Na + ΠK+
< 1 ,这一点与盐生植物不同[20 ] 。玉米在 NaCl 胁迫
下 ,Na + ΠK+ 比也符合此规律。而玉米在 Na2 CO3 胁
迫下 ,不但根中 Na + ΠK+ > 1 ,而且在叶中 Na + ΠK+
也大于 1 (图 4) ,这是 Na2 CO3 胁迫不同于 NaCl 胁迫
之处 ,也说明在 Na2 CO3 胁迫下 ,玉米叶片中的离子
不均衡现象确实比 NaCl 胁迫下严重。
312 　关于适应高 pH胁迫的可能机理
有关研究认为 ,Na2 CO3 对植物的主要胁迫因素
是高 pH 值而不是渗透胁迫和离子毒害[2 ] ,这是
Na2 CO3 胁迫所独有的。有人通过研究羊草、星星草
的抗碱性[2 ,3 ]提出 ,植物对环境高 pH 的适应调节有
两种可能 :一是通过根系分泌 H+ 、有机酸以及呼吸
放出 CO2 等在根表面进行微环境的调节 ;二是当胁
迫超过根外调节能力时 ,则在体内积累具有缓冲作
用的酸性代谢物 (如有机酸、柠檬酸、脯氨酸等)进行
体内 pH调节。通过这些措施 ,使羊草、星星草的最
高抗碱 (Na2 CO3 ) 能力分别达到 125 和 200 mmolΠ
L [2 ,21 ] 。这种调节过程是一个耗能的过程 ,它虽然能
降低胞内 pH值 ,但也抑制了植物的生长。与羊草、
星星草不同的是 ,玉米在 Na2 CO3 胁迫下 ,有机酸含
量虽上升 ,但变化不大 ;脯氨酸含量虽然大幅上升 ,
但脯氨酸的绝对含量太小 (图 5) 。所以玉米通过有
机酸和脯氨酸来调节体内 pH 值的能力有限。这可
能与玉米的抗碱能力 (50 mmolΠL) 远小于羊草和星
星草有关。
313 　关于 Na + 区域化
NaCl、Na2 CO3 所共有的胁迫因素之一是 Na + 毒
害。在盐胁迫下 ,植物能进行器官、组织和细胞水平
上的 Na + 区域化 ,这种区域化可以限制离子在分生
组织、生长组织和光合组织中积累[22 ] 。
生理学研究表明 ,作物尤其是禾本科作物的地
上部分有一定的拒 Na + 能力 ,即在一定盐胁迫下 ,根
Na + 含量明显高于地上部分。这属于器官水平的
Na + 区域化 ,也是非盐生植物不同于盐生植物之处 ,
而作物的抗盐性与其拒 Na + 特性有关[23 ] 。在盐胁
迫下 ,作物的根积累 Na + 能阻止 Na + 向地上部分运
输 ,同时根保持生长。随着盐浓度的增加 ,根内 Na +
浓度越来越大 ,当增大到一定程度时 ,就会运往地上
部分 ,使地上部分的 Na + 逐渐积累 (即 Na +叶ΠNa +根比
逐渐增大) ,有时甚至超过根 (即 Na +叶ΠNa +根 比大于
1) ,从而形成 Na + 毒害 ,抑制了植物的生长[24 ] 。我
们的实验也证实了上述观点 (图 3) 。另外 ,从图 4
还可看出 ,在 Na2 CO3 胁迫下 ,Na +叶ΠNa +根大于等 Na +
浓度的 NaCl 处理时 ,说明在 Na2 CO3 胁迫下 ,玉米体
内的 Na + 含量已远远大于根的拒 Na + 能力 ,因此对
玉米的胁迫作用也大于 NaCl 处理。
另外 ,大量研究证明 ,植物在盐胁迫下 ,细胞通
过 Na + 2H+ 逆向转运蛋白把 Na + 积累在液泡中 ,即
所谓的细胞水平的 Na + 区域化 ,能消除 Na + 对细胞
质的毒害。液泡膜质子泵 ( V2H+ 2ATPase、V2H+ 2
PPase)产生跨膜的质子梯度则为这一过程提供驱动
力[25 ] 。在 Na2 CO3 胁迫下 ,玉米叶片内的 V2H+ 2AT2
Pase 和 V2H+ 2PPase 的水解活性虽然也增加 ,但增幅
小于等 Na + 浓度的 NaCl 处理 (图 8) ,这必然限制了
玉米 Na + 区域化能力的提高。在 Na2 CO3 胁迫下 ,不
但 Na + 区域化能力小 ,而且叶片内的 Na + 含量也大
于NaCl 胁迫时 (图 2) 。可以断定 ,在 Na2 CO3 胁迫
下 ,细胞质内的 Na + 含量一定大于 NaCl 胁迫时 ,由
此形成的 Na + 毒害也大于 NaCl 胁迫时。
314 　关于渗透调节
NaCl、Na2 CO3 所共有的又一胁迫因素是渗透胁
迫。对于渗透胁迫 ,植物的反应主要是通过吸收和
积累无机盐或合成有机物来进行渗透调节[26 ] 。玉
933　4 期 曲元刚等 :NaCl 和 Na2 CO3对玉米生长和生理胁迫效应的比较研究 　　　

米在 NaCl 和 Na2 CO3 的作用下 ,均能进行渗透调节 ,
而且渗透调节能力随盐浓度的增加而增高。玉米在
50 mmolΠL Na2 CO3 胁迫下 ,渗透调节能力陡然升高
(图 6) ,而此时 Na2 CO3 培养液的渗透势却大于等
Na + 浓度的 NaCl 培养液 (分别为 - 01402 MPa 和
- 01599 MPa ) , 即此时玉米所遭受的渗透胁迫
Na2 CO3 处理小于等 Na + 浓度的 NaCl 处理。所以我
们认为 ,此时渗透调节能力的增强 ,并不一定是玉米
主动适应环境的结果 ,相反 ,却是因为细胞膜系统受
到极度破坏 (图 9) ,通透性增加 ,从而使外界离子
(主要是Na + ,还有 Ca2 + 、NO -3 )被动地大量进入玉米
体内的结果 (图 2) 。
玉米在 NaCl 胁迫下 ,总无机离子在渗透调节中
的贡献随盐度的升高而降低 ,而有机物在渗透调节
中的贡献随盐度的升高而升高 ,这和单子叶盐生植
物的变化一致[27 ] 。玉米在 Na2 CO3 胁迫下 ,变化情
况和在 NaCl 胁迫下相反。出现这种现象的原因有
两个 :一是在 Na2 CO3 胁迫下 ,高 pH 值影响了细胞
内某些有机渗透调节剂的合成 ,如氨基酸 (图 5) ,但
这不可能是主要原因 ,因为其他有机渗透调节剂 (有
机酸、脯氨酸和可溶性糖等) 在细胞内的含量均增
加 ;二是如上文中所提到的 ,在 Na2 CO3 胁迫下 ,外界
离子大量进入玉米体内 ,从而增大了无机离子在渗
透调节中占的比重 ,也就减小了有机物的比重 (图
2 ,表 1) ,这可能是主要原因。
315 　关于活性氧代谢
植物在遭受环境胁迫时 ,活性氧会大大增加。
超氧阴离子自由基 (O -·2 ) 是活性氧中最丰富的一
种[28 ] 。活性氧可使酶失活 ,膜脂被氧化 ,核酸缺失 ,
甚至引起突变[29 ] 。正常情况下 ,植物依靠一些低分
子量的抗氧化剂和多种酶类 (其中 SOD 处于核心地
位)来清除活性氧 ,从而使活性氧的产生和清除保持
一种动态平衡。
玉米在 50 mmolΠL NaCl 胁迫下 ,SOD 活性增加
(图 8) ,清除活性氧的能力增强 ,这是植物对盐渍环
境的一种适应能力。但此时 MDA 的含量并没有下
降 ,反而增加 (图 10) 。说明玉米叶片组织的膜伤害
有更复杂的机理 ,可能有其他种类的活性氧伤害了
膜脂 ,也可能是 O -·2 产生的速度仍大于其被消除的速
度 ,或者是其他相关酶类 (CAT、POD) 的活性没有相
应增加。在 100 mmolΠL NaCl 胁迫下 ,玉米 SOD 活性
下降 (图 8)清除活性氧的能力降低 ,使得 MDA 含量
增加 (图 9) ,从而形成了对玉米的伤害。
玉米在 Na2 CO3 作用下 ,SOD 活性显著下降 (图
8) ,清除活性氧的能力也显著降低 ,与之相对应的是
MDA 含量大幅上升 (图 9) ,对植物细胞的伤害作用
也加大。这也是 Na2 CO3 对玉米的伤害作用大于
NaCl 的一个原因。
综上所述 ,玉米在 Na2 CO3 作用下 ,其生长和生
理变化和在 NaCl 胁迫下是不一样的。Na2 CO3 对玉
米的伤害作用远大于 NaCl 的原因是多方面的。从
环境胁迫因素上看 ,主要是高 pH 值的影响。从内
部生理变化上分析 ,则与离子均衡遭到极大破坏、酸
性物质对 pH值的缓冲作用较小、Na + 区域化能力的
提高受到限制、活性氧清除能力显著减小、膜系统受
到严重损害等有关。
References
[1 ] Shi D2C (石德成) , Yin L2J (殷立娟) 1 Strain responses in Na2 CO32
stressed Leymus chinensis seedlings and their mathematical analysis1 Acta
Botanica Sinica (植物学报) ,1992 ,34 (5) :386 —393
[2 ] Shi D2C (石德成) , Yin L2J (殷立娟) 1 Difference between salt
( NaCl ) and alkaline ( Na2 CO3 ) stresses on Puccinelia tenuiflor
( Griseb1) Scribn1 Et Merr1 plants1 Acta Botanica Sinica (植物学报) ,
1993 , 35 (2) :144 —149
[3 ] Shi D2C (石德成) , Sheng Y2M(盛彦敏) 1 Stress effects of mixed salts
with various salinity on the seedlings of Aneurolepidium chinense1 Acta
Botanica Sinica (植物学报) ,1998 , 40 (12) :1136 —1142
[4 ] Yin L2J (殷立娟) , Shi D2C(石德成) , Wang P(王萍) 1 Growth ada2
ptability and salt tolerance osmoregulation of Aneurolepidium chinense
grown on saline grass land1 Acta Botanica Sinica (植物学报) ,1993 ,35
(8) :619 —625
[5 ] Sheng Y2M(盛彦敏) , Shi D2C (石德成) , Xiao H2X (肖洪兴) , et
al1 The effect on growth of sunflower to mixed salts with various natural
and alkaline 1 Journal of Northeast Normal University (东北师范大学学
报) ,1999 , 4 : 65 —69
[ 6 ] Shi D2C(石德成) , Sheng Y2M(盛彦敏) , Zhao K2F(赵可夫) 1 Domi2
nant acting factors determination for salt and alkali mixed stresses in the
seedlings of sunflower1 Acta Agronomica Sinica (作物学报) ,2002 , 28
(4) :461 —467
[7 ] Shi D2C(石德成) 1 Relaxation of Na2 CO3 stress on Puccinellia tenuiflora
( Griseb1) Scribn1 et Merr1 plants by neutralizing with H3 PO4 1 Leymus
chinensis1 Acta Prataculturae Sinica (草业学报) , 1995 ,4 (4) :34 —38
[8 ] 　Yin L2J (殷立娟) , Shi D2C(石德成) 1 An analysis of a main salt of
alkalizing meadow steppe Na2 CO32harming factors to Leymus chinensis1
Acta Prataculturae Sinica (草业学报) , 1993 ,2 (1) :1 —5
[9 ] Jing J2H(荆家海) , Ding Z2R (丁忠荣) 1 Analytic methods for plant
biochemistry1 Beijing : Science Press , 19811 43 —46 , 111 —112
[10 ] Northwest Agriculture University (西北农业大学) 1 Experimental
043 　　　作 　　物 　　学 　　报 30 卷 　

Guidebook to Basic Biochemistry(基础生物化学实验手册) 1 Xi’an :
Shaanxi Science and Technology Press , 19851 51 —53
[11 ] Plant Physiology and Biochemistry Research Room at Northwest Agricul2
ture University(西北农业大学植物生理和生化研究室) 1 Experi2
mental Guidebook to Plant Physiology (植物生理学实验指导) 1
Xi’an : Shaanxi Science and Technology Press , 19861 122 —123
[12 ] Troll W , Lindsley J1 photometric method for the determination of pro2
line1 Journal Biol Chem , 1955 , 215 : 655 —660
[ 13 ] Zhang Z2Q(张振清) 1Determination of soluble sugars in plant materials1
In : Shanghai Society of Plant Physiology ed1 Experimental Handbook
for Plant Physiology (植物生理学实验手册) 1Shanghai : Shanghai
Science and Technology Press ,19851 134 —138
[14 ] Chen Q(陈沁) ,Zhang W2H(章文华) ,Liu Y2L (刘友良) 1 Isolation of
tonoplasr vesicles from barley leaves by two2phase partitioning1 Plant
Physiology Communications (植物生理学通讯) ,2000 , 32 (6) :541 —
544
[15 ] Bradford M1 A rapid and sensitive method for the quantitation of micro2
gram quantities of protein utilizing the principle of protein2dye binding1
Analytical Biochemistry ,1976 ,72 : 248 —254
[16 ] Lin Z2F(林植芳) ,Li S2Q(李双全) ,Lin G2Z(林桂珠) , et al1 Super2
oxide dismutase activity and lipid peroxidation in relation to senescence
of rice leaves1 Acta Botanica Sinica (植物学报) , 1984 , 26 (6) :
605 —615
[17 ] Zhu G2L (朱广廉) ,Zhong H2W(钟诲文) ,Zhang A2Q(张爱琴) 1 Ex2
periments of Plant Physiology (植物生理学实验) 1 Beijing : Peking
University Press , 19901 242 —245
[18 ] Niu X , Bressan R A1 Hasegawa P M , et al1 Ion homeostasis in NaCl
stress environments1 Plant Physiol , 1995 ,109 :735 —742
[19 ] Mac Robbie EAC1 Signalling in guard cell and regulation of ion channel
activity1 J Exp Bot1 1997 ,48 : 515 —528
[20 ] Pitman M G1 Transport across the root and shootΠroot interactions1 In :
Salinity Tolerance in Plant , Strategies for crop improvement ( Staples R
C , Toenniessen G H eds) New York :John Wiley & Sons , 19841 93 —
123
[21 ] Yan H(颜宏) ,Shi D2C (石德成) ,Yin S2J (尹尚军) , et al1 Effects
of saline2alkaline stress on the contents of nitrogen and several organ2
isms of Aneurolepidium chinense1 Journal of Northeast Normal University
(东北师范大学学报) ,2000 , 32 (3) :47 —51
[22 ] Hasegawa P M , Bressan R A , Zhu J K et al1 Plant cellular and molec2
ular responses to high salinity1 Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol ,
2000 ,51 :463 —499
[23 ] Wang B2S (王宝山) , Zou Q (邹琦) 1 Effects of NaCl stress on the
tonoplast ATPase and PPase activity in roots , sheaths and blades of sor2
ghum seedlings. Acta Phytophysiologica Sinica (植物生理学报) ,
2000 ,26 (3) :181 —188
[24 ] Ballesteros E , Blumwalt E , Donaire J P , Belver A1 Na + ΠH+ antiport
activity in tonoplasr vesicles isolated from sunflower roots induced by
NaCl stress1 Physiol Plant , 1997 , 99 :328 —334
[25 ] Wang B2S(王宝山) , Zou Q(邹琦) ,Zhao K2F(赵可夫) 1 Advances
in the vacuolar translocating proteins and salt tolerance in plants1 Chi2
nese Bulletin Botany (植物学通报) , 1996 , 13 (3) : 30 —36
[26 ] Zhao K2F (赵可夫) 1 Plant Salt Resistance Physiology(植物抗盐生
理) 1 Beijing : China Science and Technology Press , 19931 149 —158
[27 ] Zhao K2F(赵可夫) , Li J (李军) 1 Effects of salinity on contents of os2
motia of monocotyledenous halophytes and their contribution to osmotic
adjustment1 Acta Botanica Sinica (植物学报 ) , 1999 , 41 ( 12) :
1287 —1292
[ 28 ] Bowler C , Van C W , Montagu M , Inze D1 Superoxide dismutase in pla2
nts1 Crit Rev Plant Sci , 1994 , 13 :199 —218
[29 ] Valentina M1 Activities of SOD and the ascorbate2glutathion cycle en2
zymes in subcellular compartments in leaves and roots of the cultivated
tomato and its wild salt2tolerant relative Lycopersicon pennellii1 Plant
Physiol , 2000 , 33 : 65 —77
143　4 期 曲元刚等 :NaCl 和 Na2 CO3对玉米生长和生理胁迫效应的比较研究