全 文 ：三种豆科牧草种子在萌发阶段对盐渍环境的
生理适应及主要离子调控＊
王小山＊＊　赵国琦　刘大林　刘高军
(扬州大学动物科学与技术学院 , 江苏扬州 225009)
摘　要　试验对 3种豆科牧草紫花苜蓿 、草木樨 、沙打旺的种子 ,在萌发阶段对盐渍环境的
适应性和离子调控机制进行了研究 ,测定了盐渍环境中种子的萌发率和恢复萌发率;同时 ,
对 400mmol·L-1NaCl处理后 ,种子恢复萌发 、胚的主要离子含量变化 、水分吸收等情况进
行了测定。结果表明:50 mmol·L-1 NaCl处理中 ,紫花苜蓿种子的最终萌发率受到明显的
抑制而降低;300 mmol· L-1 NaCl溶液处理中 ,草木樨的最终萌发率明显高于紫花苜蓿和
沙打旺;沙打旺种子的初始萌发过程被 300 mmol· L-1NaCl抑制而推迟 ,推迟的时间长于
紫花苜蓿和草木樨达 5 d。 400 mmol· L-1 NaCl处理种子 1、2和 4 d后 , 3种植物种子的吸
水速率受到明显抑制;紫花苜蓿种子的恢复萌发率明显低于草木樨和沙打旺;紫花苜蓿种
子胚积累的 Na+明显高于草木樨和沙打旺 ,而且有较多的 K+和 Ca2+养分离子流失。盐渍
环境下 , 3种牧草种子萌发受到的影响是由于渗透胁迫和离子毒害引起的 ,但 3种植物种子
的生理适应机制却存在明显的差异。
关键词　萌发;恢复萌发;紫花苜蓿;草木樨;沙打旺;盐胁迫
中图分类号　Q948　文献标识码　A　文章编号　1000-4890(2009)03-0389-05
Physiologicaladaptationandionregulationofthreeleguminousspeciesseedsattheirger-
minationstagetosalineenvironment.WANGXiao-shan, ZHAOGuo-qi, LIUDa-lin, LIU
Gao-jun(ColegeofAnimalScienceandTechnology, YangzhouUniversity, Yangzhou225009,
Jiangsu, China).ChineseJournalofEcology, 2009, 28(3):389-393.
Abstract:TounderstandtheadaptabilityandionregulationmechanismsofMedicagosativa, Me-
lilotusoficinalis, andAstragalusadsurgensseedsattheirgerminationstagetosalineenviron-
ment, theseedsweretreatedwithdiferentconcentrationsofNaCl, andtheirgerminationrateand
recoverygerminationrateweredetermined.Inthemeantime, thechangesofmainionscontents
inseedembryosandthewateruptakebytheembryosat400mmol· L-1 ofNaClwereinvestiga-
ted.At50mmol· L-1 ofNaCl, thefinalgerminationrateofM.sativaseedswasobviouslyin-
hibitedanddecreased;whileat300 mmol· L-1 ofNaCl, thefinalseedgerminationrateof
M.oficinaliswasobviouslyhigherthanthatofM.sativaandA.adsurgens, andtheinitiationof
seedgerminationprocessofA.adsurgenswas5dayslaterthanthatofM.sativaandM.oficina-
lis.M.sativaseedsrarelygerminatedat400mmol· L-1 ofNaCl.Aftertreatedwith400mmol·
L-1 ofNaClfor1, 2, and4 days, thewateruptakebytheseedsoftestthreespecieswasobvi-
ouslyinhibited.TherecoveryseedgerminationrateofM.sativawaslowerthanthatoftheother
twospecies, andtheseedembryosofM.sativaaccumulatedmoreNa+butleakedoutmoreK+
andCa2 +.Insalineenvironment, theimpactontheseedgerminationofthethreespecieswas
duetoosmoticstressandiontoxicity, butthephysiologicaladaptationmechanismsdiferedwith
diferentleguminousspeciesseeds.
Keywords:germination;recoverygermination;Medicagosativa;Melilotusoficinalis;Astraga-
lusadsurgens;saltstress.
＊ 2007年公益性行业(农业)科研专项资助项目(nyhyzx07-022)。
＊＊通讯作者 E-mail:wanggrass@tom.com
收稿日期:2008-07-24　　接受日期:2008-11-26
生态学杂志 ChineseJournalofEcology　2009, 28(3):389-393　　　　　　　　　　　　　
DOI :10.13292/j.1000-4890.2009.0084
　　盐胁迫是全球普遍存在的一种非生物胁迫 ,是
限制植物生长和发育的主要环境因素 (Vernon＆
Bohnert1992)。种子萌发是植物生命循环过程中的
一个重要阶段 ,这个阶段决定植物是否能够在某一
特定地区成功建植(Ungar, 1991;侯振安等 , 2000)。
国内有关种苗受盐胁迫的研究也非常受重视 ,这方
面的报道较多 (杨红和王锁民 , 2002;寇伟锋等
2006;王素平等 , 2007)。沈禹颖等(1999)对 5种禾
本科牧草种子黑麦草(Loliumperenne)、野大麦(Hor-
deumbrevisubulatum)、无芒雀麦 (Bromusinermis)、
长穗偃麦草 (Elytrigiaelongata)、碱茅 (Puccinelia
tendasalsa)、盐爪爪(Kalidiumgracile)进行了盐胁迫
条件下萌发和恢复萌发研究。
盐分对种子萌发的影响归因于渗透胁迫和 /或
离子毒害 (因物种而异)(Amtmann＆ Sanders,
1999)。当外源 Na+浓度高到一定程度时会损伤种
子细胞的原生质膜 ,导致 K+和 Ca2 +等养分离子外
流 。种子萌发状态的好坏是与种子胚的 K+和 Ca2+
等浓度的高低是密切相关的 ,表明这些养分离子在
种子萌发阶段的前期具有保护种子免受盐胁迫的影
响(Hosseinietal., 2002)。紫花苜蓿(Medicagosati-
va)、草木樨(Melilotusoficinalis)和沙打旺(Astraga-
lusadsurgens)是重要的豆科牧草 。在种子萌发阶段
和种子幼苗期 ,紫花苜蓿对盐胁迫反应非常敏感 ,但
是到成熟的植株期却有较好的耐盐能力(Alenet
al., 1986);草木樨是豆科植物中的中等盐生植物 。
沙打旺是一种旱生植物 ,在夏季中国北方的沙地上
有旺盛的生长速率。本研究对盐胁迫条件下 3种豆
科植物种子的离子含量进行了测定 ,目的是进一步
了解在盐胁迫的条件下紫花苜蓿 、草木樨和沙打旺
的种子在萌发阶段的抗盐机制 。
1　材料与方法
1.1　试验材料
紫花苜蓿 、白花草木樨 、沙打旺种子来自于中国
农业大学牧草种子实验室 。
1.2　种子发芽试验
用 10% H2O2对种子消毒后用于萌发试验 。各
处理的 NaCl溶液浓度分别为 0、 50、 100、 200、300
mmol·L-1。 3种植物的种子分别在直径 150 mm
的培养皿内发芽 ,发芽床为双层滤纸 ,每个培养皿内
用 30 ml的处理液使滤纸润湿。每个处理 4个重
复 ,每个培养皿内整齐排好 100粒种子 ,然后在 20
℃黑暗条件下开始萌发试验 ,开始后每 2 d更换 1
次培养皿内的处理液 。每天记录萌发的种子数(培
根突破种皮 2mm被认为萌发),并将萌发的种子从
培养皿内取出 ,试验持续 12 d,试验共进行 2期。最
终发芽百分数是试验期间共萌发的种子数所占的百
分比;日萌发百分率是每天萌发的种子所占的百
分比 。
1.3　恢复萌发试验
每种植物的 100粒种子放入 150 mm培养皿
内 ,在 20 ℃黑暗条件下 ,用 400 mmol· L-1的 NaCl
溶液润湿 。当种子在 400 mmol· L-1NaCl溶液中处
理达到 1、2和 4 d时 ,把 100粒种子取出 ,用蒸馏水
冲洗 2次 ,然后转移到双层滤纸的培养皿内进行恢
复萌发 ,滤纸用蒸馏水润湿。每个处理重复 4次 ,在
20 ℃黑暗条件下进行恢复萌发。转移后每天记录
萌发的种子数 ,共记录 10d,试验共进行 2期 。最终
萌发的种子百分数作为种子恢复萌发百分数 。
1.4　离子含量和含水量的测定
每种植物的 200粒种子放入 150 mm的培养皿
内 ,在 20 ℃黑暗条件下 ,用 400 mmol· L-1的 NaCl
溶液润湿 。当种子在 400 mmol· L-1的 NaCl溶液
中处理时间达到 1、2和 4 d时 ,从每个处理和对照
(用蒸馏水润湿处理 1d)中取出 50粒种子 ,去掉种
皮 ,用去离子水快速冲洗种胚 ,吸干种胚表面的水
分 ,然后在 80℃下烘干 2 d。从烘干后的样品中取
0.1 g在马弗炉中灰化 8h,温度为 550℃,灰化后用
浓硝酸溶解 ,然后用去离子水定容到 25 ml,用等离
子发射光谱仪 (ICP, PE3300DV, PerkinElmer, Ger-
many)测定 Na+、K+、Ca2 +的含量。
当种子在 400 mmol· L-1的 NaCl溶液中处理
时间达到 1、2和 4d时 ,从每个处理和对照(用蒸馏
水润湿处理 1d)中取出 50粒种子 ,用去离子水快速
冲洗 ,吸干种子表面的水分 ,然后称量 ,作为种子的
鲜质量(Wf)。相对含水量(Wr)的增加用公式 Wr=
(Wf-Wi)/Wi×100%计算 , Wi是种子处理前质量
(Almansourietal., 2001)。
1.5　统计分析
对萌发 、恢复萌发 、离子含量和含水量等数据采
用 SPSS10.0进行单因素方差分析(LSD)。
390 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 28卷　第 3期　
2　结果与分析
2.1　NaCl对种子的最终萌发率和日萌发率的影响
使用蒸馏水润湿种子发芽 , 3种豆科植物的种
子最终的萌发率均超过了 89%。随着 NaCl浓度的
升高 ,种子的萌发率下降(图 1)。在 50 mmol· L-1
NaCl溶液处理中 ,紫花苜蓿种子的最终萌发率显著
降低 ,降低了 8.7%,而草木樨和沙打旺的种子分别
降低了 7.3%和 0.5%。在 300 mmol·L-1 NaCl溶
液处理中 ,草木樨的最终萌发率明显高于紫花苜蓿
和沙打旺。在 300mmol· L-1 NaCl溶液处理中 ,紫
花苜蓿 、草木樨 、沙打旺的最终萌发率分别为
41.0%、49.0%和 36.0%。
在对照处理中 , 3种植物的种子在前 2d迅速萌
发 。紫花苜蓿和草木樨的日萌发率最高值出现在第
1天 ,沙打旺的日萌发率最高值出现在第 2天 (图
2)。随着盐浓度的升高 , 3种植物种子的日萌发率
最高值出现的时间均被推迟。在 300 mmol· L-1
NaCl处理条件下 ,紫花苜蓿 、草木樨 、沙打旺的日萌
发率最高值分别推迟 1、2和 5d出现。
2.2　400 mmol· L-1 NaCl处理 1、2、4 d后种子的
恢复萌发率
3种豆科植物的种子在盐溶液中处理 1、2、4 d
均没有种子萌发 ,然后转移到蒸馏水中发芽 8d。在
盐处理 1 d后 ,紫花苜蓿和草木樨的恢复萌发率显
著降低 ,而沙打旺的降低程度不明显(图 3)。处理
2 d后 ,紫花苜蓿 、草木樨和沙打旺的恢复萌发率分
别为 8.5%、37.5%和 67.5%;处理 4 d后紫花苜
蓿 、草木樨和沙打旺的恢复萌发率与对照相比分别
降低了 100.0%、79.5%和 85.6%。
图 1　3种豆科牧草在不同盐浓度 、连续黑暗条件下的最终
萌发率
Fig.1　Finalgerminationpercentageofthreeleguminous
speciesindifferentNaClundercontinuousdarkness
数据为平均值 ±标准差。下同。
2.3　400 mmol· L-1 NaCl处理 1、2、4 d后种胚的
无机离子和水分含量
400mmol·L-1 NaCl溶液处理 1或 2 d后 , 3种
豆科植物种子的含水量均显著降低 ,处理 4 d后 ,各
种子的含水量均高于对照处理的种子含水量(表 1)。
　　3种植物的种子被 400mmol·L-1 NaCl溶液处
理后 ,胚的 Na+含量迅速升高 ,而 K+和 Ca2+的含量
迅速降低(表 1)。 NaCl溶液处理 1或 2 d后 ,紫花
苜蓿种子胚中的 Na+含量分别是 0.48或 0.57mmol
·g-1 ,草木樨种子胚中的 Na+含量分别是 0.45或
0.49 mmol· g-1 ,沙打旺种子胚中的Na+含量分别
391王小山等:三种豆科牧草种子在萌发阶段对盐渍环境的生理适应及主要离子调控
表 1　3种牧草种胚在 400 mmoml· L-1 NaCl溶液处理不同天数后的水分吸收和离子含量
Tab.1　Wateruptakeandioncontentsinembryosofthreeleguminousspeciesundertreatedby400 mmol· L-1 NaClfor
diferentdays
水分吸收和离子含量 对照 1d 2d 4d
H2O(%)
　紫花苜蓿 234.92ab±8.38 189.58c±2.48 225.79b±4.15 238.33a±2.25
　草木樨 248.57a±6.49 218.27b±3.57 229.63b±9.56 255.18a±11.30
　沙打旺 201.10b±5.54 158.43d±11.79 187.09c±3.82 244.96a±8.12
Na+(mmol· g-1)
　紫花苜蓿 0.005d±0.001 0.477c±0.012 0.571b±0.012 0.628a±0.016
　草木樨 0.007d±0.001 0.447c±0.015 0.491b±0.017 0.543a±0.013
　沙打旺 0.009d±0.001 0.276c±0.011 0.381b±0.012 0.632a±0.015
K+(mmol· g-1)
　紫花苜蓿 0.154a±0.009 0.053b±0.001 0.033c±0.007 0.027c±0.004
　草木樨 0.103a±0.006 0.041b±0.006 0.035b±0.004 0.033b±0.004
　沙打旺 0.155a±0.006 0.107b±0.001 0.070c±0.003 0.047d±0.002
Ca2+(nmol· g-1)
　紫花苜蓿 45.28a±0.86 21.50b±0.48 18.85c±1.05 17.91c±0.32
　草木樨 60.25a±2.11 25.47b±0.78 27.55b±2.57 24.93b±1.91
　沙打旺 47.64a±0.69 19.4b±1.04 18.14b±1.63 18.19b±0.91
数值为平均值 ±标准差 ,同行相同字母为差异不显著。
是 0.28或 0.38 mmol· g-1;NaCl溶液处理 4 d后 ,
草木樨种子胚中的 Na+含量明显低于紫花苜蓿和沙
打旺 ,而紫花苜蓿和沙打旺种子胚中的 Na+含量没
有明显差异 。 3种植物的种子被 400 mmol· L-1
NaCl处理 1、2、4d后 ,沙打旺种子胚中的 K+明显高
于紫花苜蓿和沙打旺种子胚中的 K+含量 。盐处理
后紫花苜蓿 、草木樨 、沙打旺种子胚中 K+含量的平
均值与对照相比分别降低了 75.7%、 64.9%和
51.6%。 3种植物的种子被 400 mmol· L-1 NaCl溶
液处理后 ,草木樨种胚中的 Ca2+明显高于紫花苜蓿
和沙打旺种胚中的 Ca2+。盐处理后紫花苜蓿 、草木
樨 、沙打旺种子胚中 Ca2+含量的平均值与对照相比
分别降低了 57.1%、56.8%和 61.0%。
3　讨　论
在盐渍环境下种子萌发时通常会受到渗透胁迫
的离子毒害的影响 ,不同的植物种由于长期所处生
长环境的差异 ,从而形成了对盐渍环境的不同适应
机制(Rehmanetal., 1996;曾幼玲等 , 2006)。盐分
胁迫通常会导致甜土植物种子的萌发率降低和某些
种子的起始萌发过程推迟 ,这些影响在盐土植物上
表现出来的程度较低(梁云媚等 , 1998;赵可夫和李
法曾 , 1999;El-Keblawy, 2004)。本研究发现 ,紫花
苜蓿种子的萌发过程表现出了盐敏感的特点 ,在较
低的盐浓度(50 mmol· L-1 NaCl)下发芽率显著降
低;在较高盐浓度(300 mmol· L-1 NaCl)胁迫的条
件下 ,草木樨种子的发芽率显著高于紫花苜蓿和沙
打旺 ,这一点与草木樨为盐生植物的特点相适应。
此外 ,还发现在较高盐浓度(300 mmol· L-1 NaCl)
胁迫的条件下 ,沙打旺的起始萌发过程明显被推迟 ,
这可能是旱生植物种子所具有的对盐渍环境的适应
机制 。
盐渍环境下 ,盐分导致盐生植物种子萌发率降
低的可能原因主要是渗透胁迫 ,但是非盐生植物种
子萌发率降低的原因更多的是由于离子毒害作用引
起的(Bajietal., 2002;Mohammedetal., 2002)。本
研究使用 400 mmol· L-1 NaCl处理紫花苜蓿 、草木
樨和沙打旺的种子 1或 2 d后 ,种子的含水量明显
低于各自的对照处理 ,表明由于 NaCl的作用 , 3种
植物的种子均受到了一定程度的渗透胁迫 。当用
400 mmol· L-1 NaCl处理种子到 4d时 , 3种植物种
子胚的含水量均高于对照 ,但仍未发现 3种植物种
子萌发 ,结果表明 , 400 mmol·L-1 NaCl处理种子到
4d时 ,有大量的 Na+和 Cl-进入种子胚中 ,使种子
起初所受到的渗透胁迫得到了解除 ,由于 Na+和
Cl-的大量存在 ,仍能抑制种子的萌发。说明 3种
植物的种子在 NaCl胁迫的条件下 ,既有渗透胁迫作
用 ,又有离子作用来抑制种子的萌发。另外 ,紫花苜
蓿种子在受到盐胁迫后恢复率较低 ,同时 ,胚中有较
高的 Na+含量 ,说明紫花苜蓿种子在盐胁迫的条件
下更容易受到离子毒害作用而导致种子死亡 。
盐渍环境下 , Na+通常会损伤质膜 ,从而导致
392 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生态学杂志　第 28卷　第 3期　
K+和 Ca2+等养分离子外流(Hasegawaetal., 2000;
张宏飞和王锁民 , 2007)。在植物生长发育过程中 ,
有 50多种酶是由 K+来激活的 ,而 Na+不能代替这
一功能;另外 , 由于蛋白质的合成也需要大量的
K+,而高浓度的外源 Na+导致种子的 K+大量流失 ,
从而影响了蛋白质的正常合成 ,这是盐渍条件下种
子受到盐损伤的一个重要原因(Tester＆ Davenport,
2003)。在盐处理后的种子中 ,沙打旺种子胚的平
均 K+含量明显高于其他 2种植物种子胚的平均
K+含量。 Ca2 +容易进入质外体 ,在细胞壁和质膜的
外表面提供稳定的可逆的内部分子连接(Mengel＆
Kirkby, 1987),草木樨盐处理种子的 Na+ /Ca+平均
值明显低于其他 2种植物 ,表明草木樨种子被 Na+
置换掉的 Ca2 +量较低 ,从而保持质膜的稳定性。
NaCl对紫花苜蓿 、草木樨和沙打旺种子萌发的
影响主要是由于渗透胁迫和离子毒害 ,但这 3种植
物对盐渍环境的适应机制存在明显的差异 。紫花苜
蓿种子在萌发阶段对低盐浓度反应敏感 ,高盐浓度
胁迫后更容易受到盐离子的毒害作用;中等盐生植
物草木樨种子能够忍受较高浓度的盐胁迫而萌发;
盐胁迫后 ,种子推迟萌发是旱生植物沙打旺的一个
重要适应机制。
参考文献
侯振安 , 李品芳 , 龚元石.2000.盐渍条件下苜蓿和羊草生
长与营养吸收的比较.草业学报 , 9(4):89-93.
寇伟锋 , 刘兆普 , 郑宏伟.2006.海水胁迫对向日葵苗期生
长及矿质营养吸收特性的影响.生态学杂志 , 25(5):
521-525.
梁云媚 , 李　燕 , 多立安.1998.不同盐分胁迫对苜蓿种子
萌发的影响.草业科学 , 15(6):21-25.
沈禹颖 , 王锁民 , 陈亚明.1999.盐胁迫对牧草种子萌发及
其恢复的影响.草业学报 , 8(3):54-60.
王素平 , 郭世荣 , 胡晓辉 , 等.2007.NaCl胁迫对黄瓜幼苗
体内 K+、Na+和 Cl-分布的影响.生态学杂志 , 26(3):
348-354.
杨　红 , 王锁民.2002.豌豆种子萌发时的含水量对子叶中
蛋白酶和淀粉酶活性的影响.西北植物学报 , 22(5):
1136-1143.
曾幼玲 , 蔡忠贞 , 马　纪 , 等.2006.盐分和水分胁迫对两
种盐生植物盐爪爪和盐穗木种子萌发的影响.生态学
杂志 , 25(9):1014-1018.
张宏飞 , 王锁民.2007.高等植物 Na+吸收 、转运及细胞内
Na+稳态平衡研究进展.植物学通报 , 24(5):561-
571.
赵可夫 , 李法曾.1999.中国盐生植物.北京:科学出版社.
AlenSG, DobrenzAK, BartelsPG.1986.Physiologyresponse
ofsalttolerantandnontolerantalfalfatosalinityduringger-
mination.CropScience, 26:1004-1008.
AlmansouriM, KinetJM, LutsS.2001.Effectofsaltandos-
moticstressesongerminationindurumwheat(Triticumdu-
rumDesf.).PlantandSoil, 231:243-254.
AmtmannA, SandersD.1999.MechanismsofNa+ uptakeby
plantcells.AdvancesinBotanicalResearch, 29:75-110.
BajiM, KinetJM, LuttsS.2002.Osmoticandioniceffectsof
NaClongermination, earlyseedlinggrowth, andioncon-
tentofAtriplexhalimus(Chenopodiaceae).Canadian
JournalofBotany, 80:297-304.
El-KeblawyA.2004.Salinityeffectsonseedgerminationofthe
commondesertrangegrass, PanicumTurgidumSeedSci-
enceandTechnology, 32:873-878.
HasegawaPM, BressanRA, ZhuJK, etal.2000.Plantcelu-
larandmolecularresponsestohighsalinity.PlantMolecu-
larBiology, 51:463-499.
HosseiniMK, PowelAA, BinghamIJ.2002.Comparisonof
theseedgerminationandearlyseedlinggrowthofsoybean
insalineconditions.SeedScienceResearch, 12:165-172.
MengelK, KirkbyEV.1987.PrinciplesofPlantNutrition(4th
Edition).Bern:InternationalPotashInstitute.
MohammedB, KinetJM, LuttsS.2002.Osmoticandionic
efectsofNaClongermination, earlyseedlinggrowthand
ioncontentofAtriplexhalimus(Cheropodiaceae).Canadi-
anJournalofBotany, 80:297-304.
RehmanS, HarrisPJC, BourneWF, etal.1996.Theefectof
sodiumchlorideongerminationandthepotassiumandcal-
ciumcontentsofAcaciaseeds.SeedScienceandTechnolo-
gy, 25:45-57.
TesterM, DavenportR.2003.Na+toleranceandNa+transport
inhigherplants.AnnalsofBotany, 91:503-527.
UngarIA.1991.EcophysiologyofVascularHalophytes.Boca
Raton:CRCPress.
VernonDM, BohnertHJ.1992.Anovelmethyltransferasein-
ducedbyosmoticstressinthefacultativehalophyte.
Mesembryanthemum crystalinum. EMBO Journal, 11:
2077-2085.
作者简介　王小山 , 男 , 1974年生 , 博士 , 副教授。主要从
事草地生态方向研究。 E-mail:wanggrass@tom.com
责任编辑　刘丽娟
393王小山等:三种豆科牧草种子在萌发阶段对盐渍环境的生理适应及主要离子调控