旱鹽脅迫下激素對荊芥種子萌發(fā)的影響

司明東，李嘉誠，李新蕊，孫會改，李 菁，鄭玉光,2，馬東來,2

（1河北中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，石家莊 050200；2河北省中藥炮制技術(shù)創(chuàng)新中心，石家莊 050091）

0 引言

荊芥為唇形科植物荊芥Schizonepeta tenuifoliaBriq.的干燥地上部分，具有解表散風(fēng)、透疹、消瘡的作用[1]，是河北道地藥材，現(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn)，荊芥富含酚類和黃酮類等多種化學(xué)成分，其中揮發(fā)油具有良好的鎮(zhèn)痛、抗炎和擴(kuò)張支氣管等功效[2]。荊芥作為中國重要的中藥材之一，隨著荊芥市場需求量不斷增加且野生資源較少，人工栽培的面積逐年增加，其中華北和東北地區(qū)已成為荊芥主要種植區(qū)域，但是在該區(qū)域存在較大面積的干旱和土壤鹽漬化問題[3]。旱、鹽等非生物脅迫會影響荊芥種子發(fā)芽率，制約其標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，進(jìn)而影響荊芥藥材品質(zhì)[4]。目前對荊芥種子萌發(fā)條件有一定研究，如張瑞娥等[5]研究表明，不同濃度NaCl脅迫對特大葉荊芥幼苗種子萌發(fā)率效果不明顯，而荊芥幼苗生長隨濃度增加而呈下降趨勢；李柯等[6]報道隨著干旱程度的加深，荊芥種子的發(fā)芽與生長被抑制。很多關(guān)于荊芥種子萌發(fā)的文獻(xiàn)研究多采用單一影響因素，同時對干旱與鹽脅迫發(fā)生地區(qū)的荊芥種子萌發(fā)與生長的研究尚未見報道。

有文獻(xiàn)報道，適量的赤霉素、萘乙酸和吲哚乙酸有助于種子的萌發(fā)[7]、植物的細(xì)胞分裂與擴(kuò)大和植物的生根[8-9]。因此，探討激素對旱、鹽脅迫下荊芥種子萌發(fā)的影響具有重要意義。我們在前期研究的基礎(chǔ)上[10]，以荊芥種子為材料，探究旱鹽脅迫下赤霉素(gibberellin,GA)、萘乙酸(1-Naphthylacetic acid,NAA)和吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)3種激素在對不同濃度處理條件下荊芥種子萌發(fā)特性，以期為解決荊芥在旱鹽環(huán)境下成活問題提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

荊芥的種子于2018 年秋季采于河北中醫(yī)學(xué)院藥植園，種子經(jīng)晾曬后存放于河北中醫(yī)學(xué)院生藥學(xué)教研室。

1.2 試驗試劑

NaCl、PEG-6000 均購于天津市大茂化學(xué)試劑廠（分析純）；赤霉素、萘乙酸和吲哚乙酸均購于上海麥克林公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同溶液的配置 用蒸餾水配置所需濃度溶液。NaCl 溶液濃度分別為5、10、15、20 μmol/L，PEG-6000溶液濃度分別為5%、10%、15%、20%，GA、NAA 和IAA濃度梯度配置均為0.1、1、10 mg/L。

1.3.2 試驗過程 參照文獻(xiàn)[11]進(jìn)行旱、鹽脅迫試驗：選取顆粒飽滿完整的荊芥種子用清水浸泡30 min 后，隨機(jī)選取100 粒種子置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，使用清水或脅迫溶液將濾紙潤濕飽和，在25℃，12 h黑暗/12 h光照條件下于培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。模型組為不同濃度的NaCl 溶液和PEG-6000 脅迫處理，對照組設(shè)定為清水處理，每個處理重復(fù)3 次。種子發(fā)芽以荊芥種子露出白芽為標(biāo)準(zhǔn)，每日10:00統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)量，同時噴適量蒸餾水保持濾紙濕潤，8天為一個試驗周期，根據(jù)發(fā)芽率確定種子萌發(fā)的旱、鹽脅迫閾值。

激素誘導(dǎo)試驗：在旱、鹽脅迫閾值（10%的PEG-6000溶液、150 μmol/L的NaCl溶液）的脅迫下，利用濃度分別為3 個梯度的GA、NAA 和IAA 對種子浸泡30 min，其余萌發(fā)條件及處理同上，進(jìn)行種子發(fā)芽試驗。每日統(tǒng)計種子的發(fā)芽數(shù)量，計算荊芥種子的發(fā)芽指標(biāo)，探討種子萌發(fā)的最適激素濃度。

1.3.3 發(fā)芽指標(biāo)的測定 計算公式如(1)～(3)所示。

式中，a為第a天的正常發(fā)芽數(shù)，b為對應(yīng)的天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0軟件對所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱、鹽脅迫對荊芥種子萌發(fā)的抑制作用

荊芥種子在干旱脅迫下其各項發(fā)芽指標(biāo)隨著PEG-6000濃度的增加，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈先上升再下降的趨勢；而發(fā)芽指數(shù)卻呈下降的趨勢（圖1A）。對照組荊芥種子發(fā)芽率為63.50%，發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)分別58.50%和70.89%。干旱脅迫下，荊芥種子在PEG-6000 濃度達(dá)到10%時，其發(fā)芽率為58.67%，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為51.67%和45.62%，與對照組相比均有明顯下降，且種子的發(fā)芽率在PEG-6000 濃度增加到15%時為0。因此，確定荊芥種子萌發(fā)的干旱脅迫閾值為10%。

在鹽脅迫下，隨著NaCl 溶液濃度上升，發(fā)芽率呈下降的趨勢而發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)出均呈先下降再上升而后再下降的趨勢（圖1B）。鹽脅迫試驗中，在NaCl 濃度達(dá)到150 μmol/L 時，其發(fā)芽率為32.67%，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為14.67%和16.42%，相比對照組下降近50%，且種子的發(fā)芽率在NaCl 濃度為200 μmol/L時降至0。因此，確定荊芥種子萌發(fā)的鹽脅迫閾值為150 μmol/L。

圖1 旱、鹽脅迫下荊芥種子的發(fā)芽率發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)

2.2 干旱脅迫下激素處理對荊芥種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

在干旱脅迫下，利用不同濃度GA、NAA及IAA對種子進(jìn)行處理，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)的情況如圖所示（圖2）。

隨著GA 濃度的增加，荊芥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈下降趨勢，而發(fā)芽指數(shù)雖有回升但總體也為下降趨勢。在GA濃度為0.1 mg/L時，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)達(dá)到頂點，分別為73.00%、61.33%和69.97%（圖2A）。隨著NAA濃度的升高，發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，發(fā)芽指數(shù)一直下降。在NAA濃度為1 mg/L 時，種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢達(dá)到最高值，分別為72.67%、64.33%，而種子的發(fā)芽指數(shù)在NAA濃度為0.1 mg/L 時達(dá)到頂點64.94%（圖2B）。荊芥種子在經(jīng)過IAA 處理后，發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)均有提高，但不及GA和NAA效果顯著（圖2C）。

圖2 PEG脅迫下GA、NAA和IAA對荊芥種子的發(fā)芽性狀的影響

2.3 鹽脅迫下激素處理對荊芥種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

在鹽脅迫下，利用不同濃度的GA、NAA及IAA對荊芥種子進(jìn)行處理，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)的情況如圖所示（圖3）。

隨著GA濃度的增加，荊芥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均呈上升趨勢，明顯緩解了鹽脅迫的抑制作用。荊芥種子的發(fā)芽率隨著NAA濃度的上升，呈先上升后下降的趨勢，而發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)則呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢（圖3A）。在NAA濃度為1 mg/L時種子的發(fā)芽率達(dá)到頂點，為56.67%，但此時的發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢卻達(dá)到最低點。說明NAA 對鹽脅迫下的荊芥種子，具有低濃度促進(jìn)萌發(fā)，高濃度抑制萌發(fā)的特性（圖3B）。荊芥種子在經(jīng)過IAA 處理后，發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均呈先上升，后下降的趨勢，但效果較弱。在GA 濃度為10 mg/L 時，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到頂點，分別為58.67%、45.67%和51.92%，在3 種激素中GA 對鹽脅迫下荊芥種子的萌發(fā)具有最強(qiáng)的促進(jìn)作用（圖3C）。

圖3 鹽脅迫下GA、NAA和IAA對荊芥種子的發(fā)芽性狀的影響

3 討論

鹽旱脅迫是植物遭受的最嚴(yán)重的非生物脅迫，直接影響植物的萌發(fā)、生長，甚至?xí)缕渌劳鯷12]。有文獻(xiàn)報道，外源性生長素對種子在干旱或鹽脅迫下的萌發(fā)具有較好的促進(jìn)作用，如李光菊等[13]研究表明600 mg/L的GA 浸種對大麻種子在20%PEG-6000 模擬的干旱脅迫有較好的緩解作用；王麗敏等[14]研究了不同濃度的GA、NAA等對鹽脅迫下的鹽穗木種子萌發(fā)的影響，結(jié)果表明二者均能提高種子的萌發(fā)率，縮短萌發(fā)時間；劉拴成等[15]關(guān)于番茄種子的研究中，IAA 最高能解除150 mmol/L 濃度的鹽害，而GA 可以解除100 mmol/L濃度的鹽害。以上文獻(xiàn)報道顯示GA、NAA 和IAA 3種激素在低濃度時能夠快速打破種子休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)的效果，而在高濃度下由于滲透壓升高，抑制種子吸水，進(jìn)而抑制種子萌發(fā)。在本研究結(jié)果中，荊芥種子在0.1～1 mg/L GA、NAA 和IAA 3 種激素浸泡后，就顯示出較好促進(jìn)萌發(fā)效果。

種子從吸水開始萌發(fā)，貯藏在種子內(nèi)的酶原會被激活，合成種子萌發(fā)所需要的酶[16]。而干旱和鹽脅迫會破壞種子的吸水過程從而影響種子正常萌發(fā)[6]，本研究采用激素輔助促進(jìn)干旱和鹽脅迫下種子萌發(fā)，結(jié)果顯示，荊芥種子萌發(fā)的PEG 溶液濃度適宜值、臨界值與極限值分別為5%、10%、15%（圖1A）；由圖2 可知，3種激素相比較，0.1 mg/L的GA和1 mg/L的NAA都可以有效地解除10%PEG 溶液對種子萌發(fā)造成的抑制，適量的IAA 也可以緩解干旱脅迫造成的影響，但效果不如前兩者。由圖1B 可知荊芥種子萌發(fā)的NaCl 溶液濃度適宜值、臨界值與極限值分別為0、15、20 μmol/L。由圖3 可知，以發(fā)芽率為標(biāo)準(zhǔn)，10 mg/L 的GA和1 mg/L的NAA、IAA都能有效地解除15 μmol/L的NaCl 溶液對種子萌發(fā)造成的抑制，10 mg/L 的GA誘導(dǎo)下的發(fā)芽指數(shù)高于NAA 和IAA 10%左右，可見GA 可以有效提高種子活力。IAA 僅在0.1 mg/L 的低濃度有促進(jìn)作用，1 mg/L 和10 mg/L 則表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用，可能是由于NaCl與IAA激素會在一定濃度下產(chǎn)生互作，導(dǎo)致脅迫程度增加，進(jìn)而增強(qiáng)對種子萌發(fā)抑制作用[17]。

4 結(jié)論

GA、NAA和IAA 3種激素促進(jìn)干旱和鹽脅迫下荊芥種子的萌發(fā)，其促進(jìn)程度為GA＞NAA＞IAA，GA作用的最佳濃度分別為0.1 mg/L 和1 mg/L，發(fā)芽率分別為73.00%和58.67%。所優(yōu)化的激素種類和濃度對荊芥在干旱或鹽漬地區(qū)種植提高科學(xué)依據(jù)，為進(jìn)一步推廣荊芥標(biāo)準(zhǔn)種植提高參考。