全 文 ：2006年 9月 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) Sep. 2006第 37卷第 5期 Acta Scientiarum Naturalium Univ ersi tati s NeiM ongol Vol. 37 No. 5
　　文章编号: 1000- 1638( 2006) 05-0535-05
长叶红沙种子在萌发过程中细胞内
营养物质动态研究
张　敏 1, 2 ,王迎春 1
( 1.内蒙古大学生命科学学院 ,呼和浩特 010021; 2.首都师范大学生命科学学院 ,北京 100037)
摘要:以长叶红沙种子为研究对象 ,经石蜡切片、染色 、显微镜观察 ,来研究长叶红沙种子在萌
发过程中营养物的动态变化 ,揭示长叶红沙这种旱生植物在其萌发过程中营养物消耗规律 .发
现长叶红沙种子中的贮藏物主要以蛋白质居多 ;并且萌发所需的能量依次由胚根、胚轴和子叶
中的蛋白质的分解转化成多糖而来 .该项研究从一个侧面提供了对这种旱生植物的生理学资
料 .
关键词: 长叶红沙 ;种子萌发 ;营养物动态
中图分类号: Q945. 31　　文献标识码: A
　　长叶红沙 (Reaumuria trigyna Maxim )属柽柳科 ( Tamaricaceae )红沙属 ( Reaumuria) ,小灌木 ,高
10～ 30 cm,多分枝 ,树皮片状剥裂 ,叶肉质 ,圆柱形 ,长 5～ 10 mm,花单生叶腋 ,苞片约 10片 ,宽卵形 ,
覆瓦状排列在花萼的基部 ,萼片 5,离生 ,与苞片同形 ,花瓣 5,黄白色 ,矩圆形 ,雄蕊 15,子房卵圆形 ,花
柱 常 3,蒴果矩圆形 .荒漠耐盐旱生植物 ,生于石质低山、山前洪积或冲积平原 ,见于伊克昭盟西部、巴
彦淖尔盟西南部、乌海市及阿拉善盟东部〔 1〕 .
近年来我国沙漠化进程加剧 ,尤其是内蒙古地区 ,因此开展对耐旱型沙生灌木的耐旱特性及生物
学特性的研究具有较大意义 .近期已有许多学者对四合木〔2, 3〕、绵刺〔 3～ 5〕、沙冬青〔3, 6〕、梭梭〔 7〕、半日花〔 8〕
等灌木植物进行了相关研究 ,得出一些包括形态结构、生长方式、体内激素含量等有关结果 .本实验以
长叶红沙种子为研究对象 ,观察在萌发的不同时期多糖和蛋白质在胚中的分布 ,找出长叶红沙种子在
萌发过程中营养物的变化规律和利用规律 ,进而得出长叶红沙适应干旱环境的形态解剖学和生理学
特征 ,为长叶红沙的全面研究提供一定的事实依据 ,并为相关旱生植物的研究提供参考 .
1　材料与方法
1. 1　材料
供试长叶红沙种子于 2004年 8月 3日～ 8月 5日采自内蒙古西鄂尔多斯地区棋盘井镇 .长叶红沙
种子风干后 ,再置于冰箱内 ( 4℃～ 5℃ )保存〔8〕 .实验于 2005年 3月在内蒙古大学生命科学学院植物
生理实验室进行 .
1. 2　研究方法
1. 2. 1　材料处理　选取健康饱满的长叶红沙种子 500粒 ,放入烧杯中加入适量的自来水 ,使其完全
吸胀 ,水适量 (种子体积的 3倍 )进行 24 h浸泡预处理 .
1. 2. 2　种子萌发率的测定　依照国际种子检测规程 ,发芽床采用滤纸法 ,使用 100 mm口径的培养
收稿日期: 2005-09-13;修回日期: 2006-01-12
基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 30460033)资助
作者简介: 张敏 ( 1981～ ) ,女 , 内蒙古乌海市人 , 2001级生物学基地本科生 .
皿 ,皿内铺三层直径为 90 mm的滤纸 ,用水湿润 ,在室温 ( 16℃～ 21℃ )下 ,将完全吸胀的种子以保持
0. 3 cm的间隔摆放在湿润的滤纸上〔9〕 ,共放满 7个培养皿 ,即分为七组 ,生长三天后进行种子的发芽
计数 .
种子发芽率 = 终期全部正常发芽粒数 /供试种子数× 100%
1. 2. 3　石蜡切片制备和染色
1. 2. 3. 1　石蜡切片〔 10〕
( 1)选取60粒已浸泡 36 h〔11〕饱满的种子进行水培养 .取 6个培养皿并依次编号 ,每 10粒种子置于
1个有滤纸的培养皿中培养 ,整个实验过程中共取材 12次 .
( 2)将浸泡 32 h的种子去掉种皮进行固定 ,同时把这一段时间编号为Ⅰ期 .
( 3)培养一经开始 ,立即计时 ,收集相隔一定时间生长状况相同的种子进行固定 .刚开始的五次 ,
依次以每隔 7. 5 h的时间间隔进行取材 ,即每一次取材的种子生长时间分别为 7. 5 h、 15 h、 22. 5 h、 30
h、 37. 5 h,并将种子不同的生长期按上面的间隔依次编号为Ⅱ 、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 、Ⅵ ,接下来再以每 12 h为时
间间隔取材三次 ,生长时间依次为 49. 5 h、 61. 5 h、 73. 5 h,分别编号为Ⅶ 、Ⅷ 、Ⅸ ;发育到后来生长缓
慢 ,以 24 h为间隔取材固定 2次 ,生长期分别编号为Ⅹ ( 97. 5 h )、Ⅺ ( 121. 5 h ) ,最后以间隔 48 h为间隔
固定 ,生长期编号为≫ ( 169. 5 h) .固定的时候将各萌发状态的种子的种皮去掉 ,并将发育完整的胚置
于 FAA固定液中进行固定 ,每一个样品固定时间不少于 48 h.
( 3)不同生长期的种子固定好后采用传统的石蜡切片制作方法 ,经脱水、透明、渗蜡、包埋、切片、
贴片等一系列步骤后得到理想的片子 .并将切好的片子放在通风处三周晾干备用 .
1. 2. 3. 2　染色
晾干的片子经脱蜡和复水后 ,首先经 PAS反应染色将材料中的蛋白质染成橙黄色 ,再经萘酚黄 S
染料染色将材料中的糖类物质染成紫红色 .将染色完成的材料滴一滴中性树胶进行封片 .最后用
Nikon显微镜观察并进行显微照相 .
2　结果及分析
2. 1　种子活力的测定
在室温下 ,七组培养皿得出长叶红沙种子的发芽率分别为 83%、 80% 、 90% 、 90%、 88% 、 76%、
88% ,求平均值得出室温下发芽率为 85% .具体统计数据见表 1.
表 1　室温 ( 16℃～ 21℃ )下长叶红沙种子发芽率的测定
Table 1　 The germination percentage of Reaumuria trigyna Maxim at room temperature ( 16℃～ 21℃ )
组 1 组 2 组 3 组 4 组 5 组 6 组 7
总　数 60 60 60 60 60 50 50
发芽数 50 48 54 54 53 38 44
发芽率 83% 80% 90% 90% 88% 76% 88%
　　根据表 1的数据及曾彦军等〔9〕关于红沙种子的萌发数据分析 ,得出长叶红沙种子在室温下的萌
发率最高 .
2. 2　营养物在子叶中的变化
2. 2. 1　长叶红沙成熟种子中的贮藏物主要是蛋白质 ,多糖类物质只占较小的比例 .种子在浸泡时期
胚中含有大量蛋白质物质 ,多糖类物质几乎在染色切片中观察不到 .图版Ⅰ -1是Ⅱ期萌发 7. 5 h子
叶 ,其中含有大量橙黄色蛋白质颗粒 (在照片中呈灰色颗粒 ) ,在子叶的叶脉周围出现零星的深紫色多
糖粒 .图版Ⅰ -3是Ⅳ期萌发 22. 5 h子叶 ,其中仍含有大量橙黄色蛋白颗粒 ,多糖粒在子叶的皮层细胞
中也可以观察到 .
2. 2. 2　子叶基部的蛋白先转化 ,首先出现多糖颗粒 ,接着多糖在子叶的中部和上部出现 ,并且其密度
随生长的进行越来越大 .图版Ⅰ -2是Ⅴ期种子萌发 30 h ,在子叶较上部位的细胞中多糖呈零星的分
536 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2006年
布 ,密度明显少于这一时期子叶中部细胞 ;图版Ⅰ -4反映同期子叶中部细胞内出现紫红色多糖粒 ,但
细胞大部分仍充满蛋白粒 .图版Ⅰ -6反映同期子叶基部的情况 ,细胞中蛋白质大量减少并转化成多
糖被种子萌发利用 .
2. 2. 3　在子叶维管组织发达的地方 ,多糖分布明显多于子叶的薄壁组织 .图版Ⅰ -7是Ⅹ 期萌发 97. 5
h子叶细胞中蛋白大量减少 ,转化成多糖 ,而多糖含量也减少 ,只在维管组织附近含量较大 .图版Ⅰ -8
是≫期萌发 169. 5 h子叶叶脉横切面 ,其周围多糖粒含量多于子叶其它地方 .
2. 3　营养物在胚轴及胚根中的变化
2. 3. 1　胚轴和胚根中的营养贮藏物也几乎全是蛋白质 ,多糖几乎观察不到 .
2. 3. 2　萌发开始后 ,胚根中蛋白最先开始分解 ,转化成多糖为生长提供能量 .图版Ⅱ -9显示Ⅱ期萌
发 7. 5 h靠近子叶部分的胚轴蛋白开始转化成多糖并被利用的情况 ,胚根中蛋白与浸泡时期胚根蛋
白相比含量已大大减少 ,细胞中蛋白粒变小 ,并且也不再完全充满蛋白 ,细胞中出现空泡 .但在胚根中
因生长旺盛 ,多糖被迅速利用 ,因而几乎无多糖粒的积累 .图版Ⅱ -10所示是萌发 15 h胚根中贮藏物
的情况 ,蛋白基本消耗完全 ,无多糖积累 ,只在根冠处显示有紫色的多糖粒 .
2. 3. 3　在各期胚轴中营养物呈多种不均匀分布 .
( 1)图版Ⅱ -11、 12分别显示Ⅳ期萌发 22. 5 h胚轴生长收缩一侧皮层细胞和生长伸长一侧皮层细
胞蛋白和多糖含量对比情况 ,结果见表 2.
表 2　胚轴弯曲生长一侧和延伸一侧
蛋白质和多糖含量的对比结果
Table 2　Comparison of the clensity of proteins
and polysaccharides in the curring side and elongating side
of the hypocotyl
蛋白密度 多糖密度
图片对比结果 图版Ⅱ - 11>图版Ⅱ - 12 图Ⅱ - 11>图Ⅱ - 12
胚轴部位对比 收缩一侧>伸长一侧 收缩一侧>伸长一侧
图 1　胚轴伸生长一侧和收缩一侧示意
Fig. 1　 Indication of elongating side
and curving side o f h ypoco tyl
　　 ( 2)图版Ⅱ -11、 13和 15分别显示萌发 22. 5 h胚轴纵向营养物含量的对比情况 .图版Ⅱ -11是上
部接近子叶处部位的蛋白和多糖含量情况 ,图版Ⅱ -13是胚轴中部蛋白和多糖含量的情况 ,图版Ⅱ -15
是胚轴下部接近胚根处皮层中蛋白和多糖含量的情况 .从实验图片的对比来看 ,得出结果如下: 在种
子萌发过程中 ,种子首先消耗胚轴下部的蛋白 ,将其转化成多糖粒供胚根生长发育 ,然后是胚轴中部
细胞中的蛋白 ,最后是靠近子叶部分的蛋白 .因此在图版上出现胚轴较上部分的蛋白含量多于胚轴中
部 ,也明显多于胚轴下部的情况 ,同样胚轴中的多糖的分布也有类似蛋白质这样的规律 .
2. 3. 4　胚轴中蛋白转化成多糖 ,沿其维管组织韧皮部运输到胚根 ,皮层中营养物由胚轴上部向下部
逐渐减少 .萌发 49. 5 h (图版Ⅱ -14、 16)胚轴上部皮层细胞中有多糖粒的分布还有灰色的蛋白小颗粒 ;
中部胚轴维管组织除在韧皮部观察到成堆的多糖粒 ,在其两侧的皮层细胞中也有多糖粒分布 ,蛋白几
乎不可见 ;下部的胚轴维管组织 ,在皮层细胞中蛋白粒几乎观察不到 ,只有多糖粒成堆的分布在韧皮
部细胞中 .根据胚轴韧皮部纵向对比来看 ,得出如下结论:蛋白质的含量由胚轴生理上端向生理下端
依次减少 ,多糖的密度由上端向下端也依次减少 .
3　讨　论
　　根据植物生理学的基本知识 ,植物种子的萌发一般是胚根先发育形成主根 ,之后胚芽发育形成地
上部分 ,长叶红沙种子的萌发也遵循这一规律 .但是不同种类的植物其种子萌发过程中各有特点 ,种
子本身储存的营养物的类型、含量大小及其在萌发过程中的转化、消耗规律都不尽相同 .从营养物萌
发过程的变化规律中 ,我们了解到长叶红沙种子中所含的能量都由多糖类物质提供 ,但从图片分析中
537第 5期 张敏 ,王迎春　长叶红沙种子在萌发过程中细胞内营养物质动态研究
可以看出 ,其主要产能物质是蛋白质 ,因此存在一个转化过程 .胚根中的蛋白质首先转化成多糖供其
生长 ,当其中的营养物消耗殆尽时 ,胚轴中的蛋白开始转化 ,最后是主要的储能区 子叶 .这是长叶
红沙种子营养物消耗在总体上的一条规律 .
在对胚轴中营养物的分布与消耗分析时 (图版Ⅱ -11、 13和 15) ,我们看到了奇怪的现象 ,无论是
在胚轴的生理上端还是在生理下端 ,都存在着同样的规律 ,即蛋白质密度和多糖的密度都是逐渐减
少 .这是由于在相同转化率的情况下 ,由于胚轴下端生长较旺盛 ,需能较多 ,导致有蛋白质转化来的多
糖被大量利用 ,因此在图片上呈现出胚轴生理上端比生理下端有较多的蛋白质和多糖物质 .同样在胚
轴与子叶相连部分的弯曲生长部分 ,也是由于同样道理 ,导致收缩一侧与伸长一侧蛋白质和多糖密度
有一致的减少趋势 .
长叶红沙种子中的储藏物以蛋白质居多 ,几乎不含多糖类物质 .蛋白质所储存的能量多于多糖类
物质〔12〕 ,因此这样有利于在有限的体积内携带较多的能量 ,进而有利于萌发过程的进行 ,同时因为长
叶红沙生长在较干旱的环境中 ,水分和各种养分的获得也较其它环境难 ,所以自身储存高能量物质是
有利于植物体在这种环境中生存的 .
由于长叶红沙分布零星、种群数量少 ,加之人们砍伐当柴烧 ,个体数量明显减少 .它是红沙属中的
古老类型 ,其形态特征独特 ,具有很大的研究价值〔13〕 .本实验从一个侧面研究长叶红沙 ,力图找到其
种子萌发过程中营养物动态变化规律 ,以求将来从更深层次来探讨长叶红沙的相关资料 ,因此本实验
的研究结果有助于我们进一步研究长叶红沙的形态及生理特性 .
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(责任编委　杨　持 )
538 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2006年
The Dynamic Variety of Cellular Nutrion in the Seeds
o f Reaumuria trigyna Maxim During Germinating
ZHANG Min
1, 2
, WANG Ying-chun
1
( 1. College of L if e Science, Inner Mongol ia University , Hohhot 010021,China;
2.College of Li fe Sciences ,Capital Normal Univercity ,Bei jing , 100037,China )
　　Abstract: Seeds o f Reaumuria trigyna Max im are studied using the paraffin slice technique and
the special method o f colo ra tion. The dist ribution and the t ranspo rta tion of starch and pro tein in the
germina tion o f seeds of Reaumuria trigyna Maxim are resea rched. The experiment rev ealed the rules
o f the dynamic variety o f Cellula r Nutrion in the seeds o f Reaumuria trigyna Maxim during the
seeds germination. Several conclusions can be obtained from the result of this experiment: The cache
o f the seeds is primari ly pro tein, poly saccha ride is hardly seen in th e seeds o f Reaumuria trigyna
Maxim. The energ y fo r seeds g row th comes f rom radicel, hypocotyl, a nd co ty ledon one by one.
Key words: Reaumuria trigyna Max im; seeds germination; the dynamic va riety o f cellular nutri-
tion
图版说明
图版Ⅰ :
1.Ⅱ 萌发 7. 5h子叶中含有大量灰色蛋白质颗粒 ,在叶脉周围有深紫色多糖粒 .× 240 ; 2.Ⅴ 萌发 30h在子叶较上部位
细胞紫色多糖零星的分布 ,灰色的蛋白囊泡变小 .× 240; 3.Ⅳ 萌发 22. 5h子叶中仍含有大量灰色蛋白粒 ,但在皮层细
胞中已有转化来的紫色多糖粒出现× 120; 4.Ⅴ 萌发 30h在子叶中部细胞内出现紫色多糖粒 ,细胞大部分仍充满蛋白
粒 .× 240; 5.Ⅵ 萌发 37. 5h子叶上部细胞中蛋白转化成多糖 ,蛋白粒与Ⅴ 期这一部位相比变少多糖粒增多 .× 120; 6.
Ⅴ 萌发 30h子叶基部的情况 ,细胞中蛋白质大量减少均转化成多糖被种子萌发利用 .× 240 ; 7.Ⅸ 萌发 73. 5h在叶脉
周围细胞中多糖粒分布较多 .× 240; 8.≫ 萌发 133. 5h子叶某叶脉纵切面周围多糖粒含量较其它地方多 .× 240
PlateⅠ
1.Ⅱ Lo ts of or ange pro tein g ranules in the coty ledon, only a few polysaccharide g ranules appearing nea r the leaf v eins
o f co tyledon within 7. 5 h ( means“ in the seed germina tion within 7. 5 h” , the same bellow ) .× 240; 2.Ⅴ A spa tter o f
polysaccha rides g ranules distribution a t the uppe r par t of co tyledon, th e pro tein sac waning within 30 h.× 240; 3.Ⅳ
Lo ts of or ange pro tein g ranules still in th e co tyledon, po ly saccharides transfo rming from protein in the co rtical cell
within 22. 5 h.× 120; 4.Ⅴ Po lysaccha rides g ranules appea ring in th e middle o f the coty ledon within 30 h.× 240; 5.Ⅵ
Po lysaccha rides transfo rming fr om protein at the upper par t of co ty ledon; po ly saccha rides g ranules incr easing within
37. 5 h.× 120; 6.Ⅴ At the bottom o f the co tyledon, the amount of pr otein gr anules dec reasing sha rply in mesophyll
cell, chang ing to po lysaccha rides w ithin 30 h.× 240; 7. Ⅸ Polysaccha rides g r anules inc reasing larg ely near the lea f
v eins o f co tyledons within 73. 5 h.× 240; 8.ⅩⅡ Po lysaccha ride g ranules nea r leaf v eins ar e mo re than tha t at o ther
par t from the long itudinal sec tion o f co tyledon within 133. 5 h.× 240
图版Ⅱ
9.Ⅱ 萌发 7. 5h胚轴开始转化出紫色多糖粒 .× 240; 10.Ⅲ 萌发 15h胚根中贮藏蛋白基本消耗完 ,多糖只在根冠处有
积累 .× 120; 11、 13、 15.分别描述Ⅳ期萌发 22. 5h胚轴收缩一侧生理上部中央与子叶接触部位、中部和下部细胞中蛋
白和多糖含量情况 .× 240 ; 12. Ⅳ 萌发 22. 5h胚轴上部伸长一侧皮层细胞蛋白和多糖含量对比情况 .× 240; 14. Ⅶ 萌
发 49. 5h胚轴较上部维管组织皮层细胞中灰色蛋白粒分布较少 ,紫色多糖粒密度较大 .× 120; 16. Ⅶ 萌发 49. 5h胚轴
下部皮层细胞中有多糖粒分布并仅在维管组织附近有分布 ,蛋白粒几乎不可见 .× 120
PlateⅡ
9.Ⅱ Po ly saccharide g ranules appea ring at the h ypoco tyl w ithin 7. 5 h.× 240; 10.Ⅲ Sucro se exhausting in the r adicel,
polysaccha rides only accumula ting in the calyptra within 15 h.× 120; 11、 13、 15Ⅳ Pro tein and po ly saccharide distribu-
tion respec tiv ely a t upper , middle and bo ttom o f the curing side hypocoty ls within 22. 5 h.× 240
12.Ⅳ The compa rison of pro tein w ith po lysaccha rides a t upper par t o f the elongating side of hypoco tyl w ithin 22. 5 h.
× 240; 14. Ⅶ Pro tein is less in fibrov ascular cell of hypoco ty ls, sucro se is mo re in the seed germina tion within 49. 5 h
× 120; 16. Ⅶ Polysaccha rides distributing only near the vascula r tissue a t the bo ttom of hypoco ty l, pro tein ha rdly be-
ing seen ther e in the seed germina tion within 49. 5 h× 120
539第 5期 张敏 ,王迎春　长叶红沙种子在萌发过程中细胞内营养物质动态研究