干旱脅迫對(duì)荊芥生長(zhǎng)發(fā)育的影響

張妙娟，吳瓊，趙艷云

（1 山西運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000；2 晉中學(xué)院，山西榆次 030600）

荊芥（Nepeta cataria）是唇形科（Labiatae）荊芥屬（Nepeta）多年生植物。莖堅(jiān)強(qiáng)，基部木質(zhì)化；葉卵狀至三角狀心臟形，草質(zhì)；聚傘花序呈二歧狀分枝；堅(jiān)果卵形，灰褐色，花期7－9 月，果期9－10 月[1]?！渡褶r(nóng)本草經(jīng)》稱之為假蘇，后來(lái)又稱其鼠蓂、鼠實(shí)、胡荊芥、新羅荊芥、石荊芥、穩(wěn)齒菜等。現(xiàn)代中藥稱其為荊芥，同時(shí)還記載有“線芥”“四棱桿蒿”“香荊芥”“小茴香”等俗稱[2]。多分布在黑龍江、遼寧、河北、河南、山西、陜西、甘肅、四川、貴州及云南等地[3]。

荊芥是一種常見的中藥材，具有祛風(fēng)止癢、宣散透疹、解表散風(fēng)等功效，對(duì)其研究主要集中于抗炎、陣痛等藥理機(jī)理方面，如荊芥內(nèi)酯能明顯抑制神經(jīng)中樞系統(tǒng)，與戊巴比妥鈉聯(lián)合應(yīng)用時(shí)能增強(qiáng)其解熱作用；荊芥超微粉可明顯抑制發(fā)熱家兔體溫升高；以荊芥等中藥制成的復(fù)方噴霧劑，對(duì)甲、乙型流感病毒模型小鼠具有明顯的發(fā)汗、解熱作用等[4-10]。關(guān)于干旱脅迫也偶有報(bào)道，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，荊芥葉的滲透調(diào)節(jié)作用受到影響[11]，在重度干旱脅迫下，荊芥葉表皮的頭狀腺毛密度、氣孔密度有所增加。隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，生物量和葉表面積逐漸增大，腺毛和氣孔密度降低[12]。通過(guò)PEG 模擬干旱脅迫培養(yǎng)皿育種和盆栽2 種試驗(yàn)方法，研究干旱脅迫下荊芥種子萌發(fā)、幼苗形態(tài)、SOD、POD、MDA 等生理指標(biāo)的變化波動(dòng)情況，為園林育種栽培、植物資源開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 荊芥種子、幼苗干旱脅迫試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

1.1.1 試驗(yàn)材料。以一年生荊芥種子為試驗(yàn)材料，平均百粒重1g，黑褐色，原產(chǎn)于河南新鄉(xiāng)市蔬菜種子服務(wù)中心。

1.1.2 主要試劑。PEG-6000，核黃素，氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT），聚乙烯聚毗咯烷酮（PVP），0.6%的硫代巴比妥酸（TBA），甲硫氨酸，愈創(chuàng)木酚，10%的三氯乙酸（TCA）

1.1.3 主要器材。TGL-18M 臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)（上海盧湘儀），SPX-150BSH-Ⅱ恒溫培養(yǎng)箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司），HH 恒溫水浴鍋（金壇市中大儀器廠），EU-2600R 紫外可見分光光度計(jì)（上海昂拉儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法與測(cè)定

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。選取約1000 粒顆粒飽滿且大小相近的荊芥種子，用80℃的熱水燙種2min，放入鋪有雙層濾紙的90mm 培養(yǎng)皿中。設(shè)置不同濃度PEG-6000 的干旱脅迫試驗(yàn)梯度，在預(yù)試驗(yàn)中濃度在0.3mol/L 溶液中時(shí)種子不能發(fā)芽，在15℃下發(fā)芽時(shí)間太長(zhǎng)，在20℃下發(fā)育良好，故濃度梯度設(shè)計(jì)為0mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，重復(fù)3 次，每個(gè)培養(yǎng)皿放置50 粒種子，于20℃恒溫培養(yǎng)箱中育種，定時(shí)加入10mL 各濃度PEG-6000 的溶液，記錄每天荊芥種子發(fā)芽個(gè)數(shù)，將第1粒種子發(fā)芽的日期記為起始日，將各個(gè)處理下的種子發(fā)芽率不再明顯變化的日期記為終止日。終止日后在各培養(yǎng)皿均隨機(jī)選取5 株幼苗放置于A4 紙上，測(cè)量其胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、葉面積。

等培養(yǎng)皿中幼苗長(zhǎng)至健壯時(shí)，從中選取5 株移栽至花盆，每個(gè)花盆中沙壤土質(zhì)量均為100g，每天定時(shí)加入各個(gè)濃度的PEG-6000 溶液各20mL，分別在第0d、5d、10d、15d、20d 時(shí)在每盆中隨機(jī)選取1 株對(duì)其生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

1.2.2 SOD、POD 活性及MDA 含量的測(cè)定。檢測(cè)荊芥幼苗葉片SOD、POD 活性及MDA 含量使用的方法依次為氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法[13]、愈創(chuàng)木酚還原法[14]、硫代巴比妥酸比色法[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將待測(cè)幼苗洗干凈后平鋪于A4 紙上，分別測(cè)量其胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、葉面積。計(jì)算公式如下[16]：

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)荊芥種子萌發(fā)的影響

用不同濃度PEG-6000 對(duì)種子進(jìn)行干旱脅迫處理，結(jié)果荊芥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、葉面積均發(fā)生了變化。由表1 可知，荊芥種子在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下，與對(duì)照組相比，發(fā)芽率在0.2mol/L 處理下有顯著差異（P＜0.05）。在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L處理下發(fā)芽勢(shì)分別為18.410.21、9.670.17、2.010.05，與對(duì)照相比，發(fā)芽勢(shì)先迅速上升隨后減緩。胚根長(zhǎng)隨著干旱脅迫程度的增加而增加；胚芽長(zhǎng)隨干旱脅迫程度的增加而呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在0.05mol/L 的濃度處理下，胚芽長(zhǎng)顯著大于其它處理（P＜0.05）；葉面積隨PEG-6000 濃度的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)。

表1 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)荊芥種子萌發(fā)及其形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2 干旱脅迫對(duì)荊芥幼苗SOD 活性的影響

由圖1 可知：在各干旱脅迫處理下SOD 酶活性變化趨勢(shì)有差異。除PEG-6000 濃度0.1mol/L 處理之外，其余濃度處理下荊芥葉片SOD 活性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，且各脅迫時(shí)間與0d 有顯著差異（P＜0.05）；在PEG-6000 濃度0.05mol/L 處理在20d 時(shí)SOD 活性達(dá)到最大；與對(duì)照組相比，5d 時(shí)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下SOD 活性分別提高9U/g、-17U/g、8U/g；5～10d 內(nèi)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L處理下SOD活性分別提高2U/g、24U/g、14U/g；10～15d 內(nèi)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下SOD 活性分別提高46U/g、53U/g、43 U/g；15～20d 內(nèi)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下SOD 活性分別提高22U/g、-12U/g、-16 U/g。

圖1 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)荊芥葉片組織SOD 活性的影響

2.3 干旱脅迫對(duì)荊芥幼苗POD 活性的影響

由圖2 可知：不同PEG-6000 濃度處理時(shí)，荊芥葉片POD 活性隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)迅速下降后上升，之后又下降，對(duì)照組POD 活性下降后趨于平穩(wěn)；在PEG-6000 濃度0.2mol/L 處理20d 時(shí)達(dá)到最低值；與對(duì)照組相比，5d 時(shí)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下POD 活性分別下降3454ΔOD/min·g、3327ΔOD/min·g、3314ΔOD/min·g；5～10d 內(nèi)。在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下POD 活性分別提高883ΔOD/min·g、1054ΔOD/ min·g、424ΔOD/ min·g ；10～15d 內(nèi)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下POD 活性分別下降776ΔOD/min·g、494ΔOD/min·g、578ΔOD/min·g；15～20d 內(nèi)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下POD活性分別下降1761ΔOD/min·g、1661ΔOD/min·g、1166ΔOD/min·g，且在各個(gè)濃度干旱脅迫下第5d、10d、15d、20d 的POD 活性與第0d 相比存在顯著差異（P＜0.05）；在第15、20d 時(shí)濃度為0.2mol/L 的干旱脅迫處理與其它各脅迫下的POD 活性均存在顯著差異（P＜0.05）。

圖2 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)荊芥葉片組織POD 活性的影響

2.4 干旱脅迫對(duì)荊芥幼苗MDA 活性的影響

由圖3 可知：隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，不同濃度PEG-6000 處理下的荊芥葉片中MDA 含量變化趨勢(shì)各有不同，整體上表現(xiàn)為先下降后上升。與對(duì)照組相比，5d 時(shí)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下MDA 含量分別減少0.01umol/g、0.013umol/g、0.017umol/g，脅迫強(qiáng)度越強(qiáng)，下降幅度越大，各處理在脅迫5d 時(shí)MDA 積累量達(dá)到最低。與第5d 相比，在第10d 時(shí)，在0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L 處理下MDA 含量分別增加0.023umol/g、0.018umol/g、0.013umol/g，荊芥葉片的MDA 含量隨著PEG-6000 濃度的增加而逐漸上升，且各濃度下MDA 含量與對(duì)照組之間差異顯著（P＜0.05）。在濃度為0.1mol/L 和0.2mol/L 的干旱脅迫下，MDA 積累量在第20d 均為最大，分別為0.048umol/g 和0.054 umol/g；其中以0.2mol/L 干旱脅迫20dMDA 積累量達(dá)到峰值。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，荊芥幼苗在0.2mol/L 的干旱脅迫下受到的傷害最大。

圖3 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)荊芥葉片組織MDA 含量的影響

3 討論與結(jié)論

植物的種類不同抗逆性則不同，在植物不同的生長(zhǎng)階段，其抗逆性也存在很大差異。植物在種子萌發(fā)期與幼苗形成期對(duì)逆境反應(yīng)較敏感，成株時(shí)抗性普遍升高，因此，種子萌發(fā)和幼苗形成期是研究植物抗逆性的最佳時(shí)期。植物形態(tài)、生理特征可直觀反映植物的抗旱能力。本試驗(yàn)通過(guò)PEG 模擬干旱脅迫培養(yǎng)皿育種和盆栽兩種試驗(yàn)方法，研究干旱脅迫對(duì)荊芥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，荊芥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率在濃度0.05mol/L 的PEG-6000 處理下達(dá)到最高，隨著PEG-6000 濃度升高，各項(xiàng)指標(biāo)逐漸下降，且對(duì)照組的生長(zhǎng)指標(biāo)明顯高于干旱組，該結(jié)論與孫天曉等[17]研究的種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)隨著PEG-6000 濃度的增加而明顯呈降低趨勢(shì)的研究結(jié)果一致。荊芥種子的胚根長(zhǎng)在濃度為0.1mol/L 的PEG-6000 處理下最長(zhǎng)，荊芥種子的葉面積、胚芽長(zhǎng)在PEG-6000 濃度為0.05mol/L 時(shí)最大，且隨著PEG-6000 濃度的增加，胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、葉面積逐漸降低，該結(jié)果與譚彥等[18]研究的5 種園林植物的抗旱性試驗(yàn)中結(jié)論一致。本試驗(yàn)的試驗(yàn)方法與前人不同，劉凱月等[19]采用田間人工控水方法，研究了荊芥的株高、冠幅、葉面積等形態(tài)及電導(dǎo)率、脯氨酸等生理指標(biāo)，最終結(jié)果表明，荊芥的耐旱能力較強(qiáng)，可忍耐60d以上的自然干旱。李柯、周莊煜等[11]直接采用盆栽控水的方法，研究荊芥的生長(zhǎng)、滲透調(diào)節(jié)和抗氧化能力對(duì)干旱的響應(yīng)。本試驗(yàn)首先采用培養(yǎng)箱育種，避免了田間天然條件的干擾，接著移栽到沙壤土中，做到很好銜接。

SOD、POD 活性高低是研究植物抗旱性的重要指標(biāo)，SOD 和POD 相互協(xié)調(diào)作用，既減少氧自由基對(duì)細(xì)胞膜造成的傷害，又減輕逆境中植物的損傷程度。本試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)20d 干旱脅迫后荊芥葉組織中SOD 活性越來(lái)越大，說(shuō)明在干旱脅迫下SOD 清除氧自由基的活性增強(qiáng)；荊芥葉組織中POD 活性隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降后升的趨勢(shì)，且干旱脅迫的不同時(shí)期各濃度干旱處理與對(duì)照組相比均存在顯著差異（P＜0.05）。在本試驗(yàn)中，SOD 除0.1mol/L 處理外，其余濃度處理下荊芥葉片SOD 活性隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，POD 則隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)迅速下降后上升又下降，這與武曦[20]的研究結(jié)果不同，SOD 在中度干旱處理下隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)先下降后上升，而POD 活性則隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)總體呈下降趨勢(shì)。MDA 是植物在遭受逆境情況下，膜脂過(guò)氧化反應(yīng)的最終分解產(chǎn)物。MDA 濃度的高低代表細(xì)胞膜系統(tǒng)受到傷害的程度。隨脅迫濃度的加大和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)荊芥葉組織中MAD 的積累量呈先降后升的趨勢(shì)，這個(gè)結(jié)果與武曦[20]的研究相同，而MAD 濃度高低表明了荊芥抗旱能力的強(qiáng)弱，其濃度越高則細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度高。由此可見，荊芥有一定的抗旱能力。

綜上所述，荊芥種子在0.05～0.2mol/L 濃度PEG-6000 干旱脅迫下具有較良好的萌發(fā)能力，荊芥幼苗可通過(guò)提高體內(nèi)SOD 活性、POD 活性，抵御一定程度干旱脅迫帶來(lái)的影響。所以，荊芥能對(duì)干旱脅迫做出適應(yīng)性的應(yīng)答，對(duì)缺水環(huán)境具有一定的耐受性。本研究為荊芥在山西省內(nèi)推廣種植、規(guī)范栽培及用水管理提供一定的參考。