NaCl處理對(duì)茴香生長(zhǎng)及精油產(chǎn)量和組分的影響

潘春香　何金明　肖艷輝　張振明　胡麗芬

摘要：采用水培法，研究0、40、70、100、130、10、190 mmol/L NaCl對(duì)茴香生長(zhǎng)、精油產(chǎn)量和組分的影響。結(jié)果表明：不同濃度NaCl對(duì)茴香的生長(zhǎng)均有抑制作用，但一定濃度的NaCl對(duì)茴香精油產(chǎn)量和第一主成分反式茴香腦、第二主成分檸檬烯的相對(duì)含量卻表現(xiàn)為促進(jìn)作用，其精油產(chǎn)量以100 mmol/L，反式茴香腦相對(duì)含量以190 mmol/L，檸檬烯相對(duì)含量以70、100 mmol/L濃度最高。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，精油產(chǎn)量與可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、POD活性、SOD活性以及第二主成分檸檬烯相對(duì)含量呈正相關(guān)，且與可溶性糖含量、檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)，與POD活性呈顯著正相關(guān)；反式茴香腦相對(duì)含量與檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與SOD活性、MDA含量和干物率呈正相關(guān)；檸檬烯相對(duì)含量與蛋白質(zhì)含量、POD活性、SOD活性、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量呈正相關(guān)，且與POD活性和蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與干物率呈顯著負(fù)相關(guān)。各處理茴香精油鑒定出14種成分，主成分反式茴香腦、檸檬烯相對(duì)含量分別為4755%～59.85%、18.46%～28.56%。

關(guān)鍵詞：NaCl；茴香；生長(zhǎng)；精油；產(chǎn)量；品質(zhì)；組分；反式茴香腦；檸檬烯

中圖分類(lèi)號(hào)： S573+.301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0320-04

茴香（Foeniculum vulgare Mill.）為傘形科茴香屬一年生草本植物，其全株富含精油，被廣泛用于日化產(chǎn)品、食品添加劑、醫(yī)藥和保健等方面。有研究證明，一定的逆境條件會(huì)抑制生物量的累積，卻可提高植物精油含量。例如，李伊莎在研究溫度對(duì)茴香精油含量影響中發(fā)現(xiàn)，20 ℃溫度下，茴香的全株干質(zhì)量和鮮質(zhì)量最大，而精油含量卻是在30 ℃時(shí)最高[1]；肖艷輝等對(duì)茴香進(jìn)行不同土壤含水量試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，茴香生物量最大積累的含水量是75%～100%，而精油含量最大累積的含水量卻是60%～75%[2]；王羽梅等利用水培的方法研究不同陰離子對(duì)球莖茴香生長(zhǎng)和精油含量的影響，結(jié)果表明，高[Cl-]和高[SO-24]的營(yíng)養(yǎng)液配方可使球莖茴香葉片的精油含量和精油中的檸檬烯和茴香腦相對(duì)含量明顯增加[3]。類(lèi)似的試驗(yàn)在羅勒、鼠尾草、馬郁蘭和紅花上也得到了證明，如強(qiáng)光、高溫[4]和長(zhǎng)日照[5]、干燥土壤[6]、特殊營(yíng)養(yǎng)液配方、高濃度鹽[7]等處理羅勒，NaCl處理鼠尾[8]、馬郁蘭[9]和紅花[10]，其生物量的累積均受到了抑制，含油率卻提高了。上述研究說(shuō)明適當(dāng)?shù)沫h(huán)境脅迫有利于芳香植物精油的累積，但在茴香上也有不同的研究結(jié)果。Singh等研究發(fā)現(xiàn)，在30%可交換鈉的逆境環(huán)境中苦茴香生長(zhǎng)良好，果實(shí)產(chǎn)量和精油含量較正常土壤中的略低[11]；肖艷輝等研究了光照強(qiáng)度、光照長(zhǎng)度和CO2濃度對(duì)茴香精油含量和組分的影響，結(jié)果顯示，適宜茴香生物量積累的條件也是精油累積的最適宜條件[12-14]。本研究采用水培方式，研究不同濃度NaCl對(duì)茴香生長(zhǎng)、精油含量和組分的影響，并分析相關(guān)生理指標(biāo)變化與精油含量和組分變化的內(nèi)在聯(lián)系，該研究有助于揭示茴香初生代謝與次生代謝之間的關(guān)系，為提高茴香精油的產(chǎn)量和品質(zhì)的栽培技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料、時(shí)間與地點(diǎn)

茴香種子產(chǎn)于2009年內(nèi)蒙古托克托縣，試驗(yàn)于2010年9月至2011年4月在韶關(guān)學(xué)院試驗(yàn)大棚內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用水培箱中加入NaCl對(duì)茴香幼苗進(jìn)行處理，共設(shè)0、40、70、100、130、10、190 mmol/L等7個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每7 d處理1次，共處理5次。當(dāng)茴香苗2葉1心時(shí)移進(jìn)營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)箱（37 L）中進(jìn)行水培。每箱39株，株行距為12 cm×15 cm。增氧設(shè)備為空氣壓縮泵，功率為80 W，電壓220 V/50 Hz，排氣量為90 L/h。每箱均勻安放2個(gè)通氣砂頭，用定時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)定每間隔90 min，打氣 15 min。

1.2.2 各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定方法 當(dāng)幼苗約15 cm高時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)取樣5株進(jìn)行形態(tài)和生理指標(biāo)的測(cè)定。可溶性糖含量用蒽酮比色法[15]測(cè)定；蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)法[15]測(cè)定；SOD活性用鄰苯三酚自氧化法[16]測(cè)定；POD活性用愈創(chuàng)木酚法[16]測(cè)定；丙二醛含量用硫代巴比妥酸法[16]測(cè)定。

1.2.3 精油的提取與定量 精油的提取與定量參見(jiàn)何金明等的方法[10]，每個(gè)處理蒸餾3次，取其平均值。提取的精油用棕色瓶封裝，于-18 ℃下保存待測(cè)。

1.2.4 精油成分的分析 利用GC/MS（Trace GC-2000/DSQ，Thermo Finnigan，USA）分析精油成分，使用色譜峰面積歸一法確定精油成分的相對(duì)含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)采用SPSS軟件包進(jìn)行方差分析和相關(guān)分析，用Duncans 新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)的顯著檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl對(duì)茴香生長(zhǎng)的影響

不同濃度對(duì)茴香株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、根長(zhǎng)、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量及干物率的影響不同，基本呈由低到高的趨勢(shì)，依次為CK>40 mmol/L>70 mmol/L>100 mmol/L>130 mmol/L>160 mmol/L>190 mmol/L。差異顯著分析結(jié)果表明，CK與其他處理之間，除了干物率的差異顯著外，其余均差異極顯著（表1）。說(shuō)明在本試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)NaCl對(duì)茴香的生長(zhǎng)具有抑制作用。

2.2 不同濃度NaCl對(duì)茴香生理指標(biāo)及精油含量的影響

不同濃度NaCl處理對(duì)茴香可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、SOD活性、POD活性、MAD含量生理指標(biāo)影響顯著。NaCl濃度在0～100 mmol/L之間，可溶性糖含量直線上升，之后無(wú)線性規(guī)律，以100 mmol/L NaCl最大，與CK、130 mmol/L和 190 mmol/L NaCl差異極顯著，與40 mmol/L NaCl差異顯著，與160 mmol/L NaCl差異不顯著；蛋白質(zhì)含量呈由升高再下降的趨勢(shì)，130 mmol/L NaCl最大，并與CK、190 mmol/L NaCl差異極顯著，與40 mmol/L NaCl差異顯著；SOD活性呈“增強(qiáng)—減弱—增強(qiáng)—減弱”的趨勢(shì)，無(wú)線性規(guī)律，40 mmol/L NaCl最強(qiáng)，與CK、70 mmol/L、130 mmol/L、190 mmol/L NaCl差異極顯著；POD活性無(wú)線性規(guī)律，以100 mmol/L NaCl最強(qiáng)，與190 mmol/L NaCl差異極顯著；MDA含量直線上升，以 190 mmol/L NaCl最大，且與其他處理之間差異極顯著；精油含量經(jīng)NaCl處理后均顯著高于CK，且100 mmol/L NaCl與CK及其他處理差異極顯著（表2）。endprint

2.3 不同濃度NaCl對(duì)茴香精油組分及相對(duì)含量的影響

精油經(jīng)GC/MS鑒定，共鑒定出14種成分，已鑒定出成分的峰面積總和占總峰面積的87.96%以上。相對(duì)含量在1%以上的成分有反式茴香腦、檸檬烯、蒔蘿芹菜腦、愛(ài)草腦、γ-萜品烯、肉豆蔻醚和小茴香酮7種，各種成分相對(duì)含量總值呈現(xiàn)由高到低再升高的趨勢(shì)，以190 mmol/L最高（96.47%），CK最低（87.96%），二者之間差異顯著。精油成分除了γ-萜品烯、小茴香酮、3，4二甲基-2，4，6-辛三烯、C10H16O、葑醇乙酸酯、金合歡烯、吉瑪烯D和蒔蘿芹菜腦8種成分相對(duì)含量差異不顯著外，其他成分的相對(duì)含量均差異顯著。茴香第一主成分反式茴香腦的相對(duì)含量為47.55%～59.85%，呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)，其中190 mmol/L NaCl最大，極顯著高于70、100、40 mmol/L NaCl和CK。第二主成分檸檬烯的相對(duì)含量為18.46%～28.56%，呈先升高再降低的趨勢(shì)，變化趨勢(shì)與反式茴香腦相對(duì)含量相反，70、100 mmol/L NaCl與其他處理差異極顯著，所有處理均與最小值190 mmol/L NaCl差異極顯著。根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)與合成途徑，可將茴香精油成分分為苯丙烷類(lèi)化合物和萜類(lèi)化合物。本研究中苯丙烷類(lèi)化合物有反式茴香腦、愛(ài)草腦、順式茴香腦、肉豆蔻醚和蒔蘿芹菜腦5種成分，其余為萜類(lèi)化合物。不同濃度NaCl處理茴香精油苯丙烷類(lèi)化合物相對(duì)含量為57.54%～72.97%，變化趨勢(shì)與第一主成分反式茴香腦相對(duì)含量一致，萜類(lèi)化合物相對(duì)含量23.47%～34.44%，變化趨勢(shì)與第二主成分檸檬烯相對(duì)含量一致（表3）。

2.4 茴香精油產(chǎn)量、主成分相對(duì)含量與蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量等生理指標(biāo)的相關(guān)分析

可溶性糖含量與精油產(chǎn)量和檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)，與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與檸檬烯相對(duì)含量呈顯著正相關(guān)，與干物率呈極顯著負(fù)相關(guān)；POD活性與精油產(chǎn)量和檸檬烯相對(duì)含量呈顯著正相關(guān)，與反式茴香腦相對(duì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)；MDA含量與干物率和反式茴香腦相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)，與鮮質(zhì)量和干質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)；精油產(chǎn)量與檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)，與干質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)；鮮質(zhì)量與干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與干物率和反式茴香腦相對(duì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)；干質(zhì)量與反式茴香腦呈顯著負(fù)相關(guān)；干物率與反式茴香腦相對(duì)含量呈顯著正相關(guān)，與檸檬烯相對(duì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)；反式茴香腦相對(duì)含量與檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著負(fù)正相關(guān)（表4）。

3 結(jié)論與討論

一定濃度的NaCl脅迫可以提高植物精油的產(chǎn)量。Mouna等用25、50、70、100 mmol/L NaCl處理鼠尾草，在25～70 mmol/L NaCl之間，精油產(chǎn)量隨著NaCl濃度升高而升高[8]；Nahida等用10、60、120 mmol/L NaCl處理馬郁蘭，當(dāng)NaCl濃度為60 mmol/L時(shí)，精油產(chǎn)量比CK增加55.5%[9]；Jamel等用25、50、70 mmol/L NaCl處理紅花，結(jié)果顯示，50、75 mmol/L NaCl處理的精油產(chǎn)量分別比CK提高70%、27%[10]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，用不同濃度NaCl處理茴香后，其精油產(chǎn)量均提高了，表現(xiàn)為先降低再升高再降低的趨勢(shì)，100 mmol/L NaCl最高，說(shuō)明NaCl具有促進(jìn)精油合成的功能，這與Singh等的“在30%可交換鈉的逆境環(huán)境中苦茴香精油含量較正常土壤中的略低”結(jié)果[11]略有不同，而與王羽梅的“高[Cl-]的營(yíng)養(yǎng)液配方可使球莖茴香葉片的精油含量明顯增加”結(jié)果[3]是一致的。

反式茴香腦是反映茴香精油質(zhì)量的重要成分，各處理相對(duì)含量為47.55%～59.85%，隨著NaCl濃度的加大呈先降低再升高趨勢(shì)，190 mmol/L NaCl最高。這一結(jié)果與Singh等的“在30%可交換鈉的逆境環(huán)境中苦茴香精油主成分反式茴香腦相對(duì)含量由63.4%提高到75.2%”結(jié)果[11]一致；第二主成分檸檬烯的相對(duì)含量為18.46%～28.56%，呈先升高再降低的趨勢(shì)，變化趨勢(shì)與反式茴香腦相對(duì)含量相反，70、100 mmol/L NaCl較大，190 mmol/L NaCl最小。

上述結(jié)果說(shuō)明適宜的NaCl濃度可以提高精油含量，改善精油品質(zhì)。精油的形成大多是由異戊二烯作為基本骨架，再形成各種萜類(lèi)結(jié)構(gòu)的精油成分，合成途徑主要有甲瓦龍酸途徑、3-PGA/丙酮酸途徑、莽草酸途徑和丙二酸途徑4種，其中甲羥戊酸途徑和3-PGA/丙酮酸途徑主要合成萜類(lèi)化合物，莽草酸途徑和丙二酸途徑合成苯丙烷類(lèi)化合物[17]。無(wú)論是哪條代謝途徑，乙酰輔酶A都起到了重要的作用[18]。由此可以推理，NaCl及其濃度的變化可能是直接或間接促使輔酶A及其他關(guān)鍵酶向精油合成方向轉(zhuǎn)化，因而更有利于茴香精油及其某種精油成分的合成，進(jìn)而造成不同濃度NaCl處理茴香其精油和精油成分相對(duì)含量的差異性。

本研究的目的是想了解茴香精油在一定濃度的NaCl處理下，能否促進(jìn)精油的累積，以及精油與初生代謝物生物量、可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量等之間的相關(guān)性，進(jìn)而為植物次生代謝規(guī)律的研究提供一些線索。本研究結(jié)果顯示，可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、POD活性、SOD活性受NaCl濃度影響較大，這些生理指標(biāo)在一定濃度范圍內(nèi)呈增加趨勢(shì)，這是茴香受到脅迫后，為抵抗外界壓力，降低細(xì)胞滲透勢(shì)而產(chǎn)生的一種應(yīng)激反應(yīng)，而超過(guò)一定極限，會(huì)出現(xiàn)紊亂或下降現(xiàn)象；丙二醛是植物遭受逆境傷害時(shí)細(xì)胞膜發(fā)生膜質(zhì)過(guò)氧化作用而形成的最終分解產(chǎn)物，在本試驗(yàn)中隨著NaCl濃度提高而直線上升，190 mmol/L NaCl最大。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，精油產(chǎn)量與可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、POD活性、SOD活性以及第二主成分檸檬烯相對(duì)含量呈正相關(guān)，且與可溶性糖含量、檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著正相關(guān)，與POD活性呈顯著正相關(guān)；反式茴香腦相對(duì)含量與檸檬烯相對(duì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與SOD活性、MDA含量和干物率呈正相關(guān)；檸檬烯相對(duì)含量與蛋白質(zhì)含量、POD活性、SOD活性、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量呈正相關(guān)，且與POD活性和蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與干物率負(fù)相關(guān)顯著。endprint

植物精油及其成分的合成、變化及累積是植物體內(nèi)的氧化、聚合、失水、環(huán)化及酯化等多種生理生化過(guò)程的結(jié)果，這個(gè)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，它受遺傳、氣候、土壤、栽培、器官及發(fā)育條件等諸多因素影響[19]。因此，還需要對(duì)茴香精油合成及組分代謝機(jī)制，特別是輔酶A及其他相關(guān)酶與精油代謝之間的相關(guān)性進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，才能更清楚地解釋本試驗(yàn)的結(jié)果。

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