外源水杨酸对低温胁迫下薄荷幼苗的生理影响

郝晓华,高如霞,宿 婧,罗淑政

(忻州师范学院 生物系，山西，忻州 034300)

薄荷，其茎直立，又称水薄荷、蕃荷叶、鱼香草、夜息花等，全株散发浓郁的清凉香味，其地上部分为传统中药成分[1].薄荷对温度的适应范围较宽，开始萌发于初春时节，生长最适宜温度为25 ℃左右，在冬季亦可正常生长[2].因此常生长在北部的温带地区，在我国南部各省也均有分布[3].薄荷的化学成分主要有有机酸、黄酮类化合物、薄荷精油等[4-6].

胁迫，又称逆境，是指不适宜植物生长的环境条件，如寒冷、炎热、干旱、盐渍等.这些逆境常使植物在外在形态和内在生理生化等水平上发生不同程度的变化.虽然胁迫是暂时的，但植物活力与胁迫时间呈负相关.植物的自身调节能力也存在上限，当恶劣的环境条件超过其自身调节能力上限时，则发展成的伤害呈不可逆性甚至会导致植物体死亡[7].因此，关于植物在不同环境胁迫下的适应能力和抗性研究具有重要的现实意义.

低温胁迫作为环境胁迫的一种典型因素，对植物生长发育进程有重要的影响.低温胁迫的意思是培养植物体的温度低于植物能正常生长的最适温度，包括零上低温寒害和零下低温冻害两种影响[8].

由于山西省地理位置特殊，且气候为大陆性季风气候，因此，山西省的低温环境对植物的生长发育和繁殖产生一定的影响[9].本研究通过对低温胁迫下的薄荷幼苗施加外源水杨酸(SA)的方法，研究外源SA对于薄荷幼苗抗寒性的影响，对薄荷的种植具有指导意义.

目前关于薄荷的研究主要为药理研究，薄荷芳香成分分析及精油的提取，薄荷的栽培、采收及繁殖技术，以及薄荷的病虫害防治技术等方面.对于低温胁迫的研究较多，例如棉花，玉米，秋茄，黄瓜等，研究内容包括低温胁迫对种子的萌发及幼苗生长的影响，比较同种植物不同品种间的抗寒性大小，以及如何有效地提高植物对低温胁迫的抗性.目前提高农作物抗寒性的方法主要是药剂的使用[10]，如SA.内源信号物质[11]可以调节植物大部分的生长发育过程，SA广泛存在于植物体内，作为一种植物激素(其是一种小分子酚类化合物)，它可在植物的抗寒、抗旱、盐胁迫、重金属胁迫等非生物胁迫方面起着重要的调节作用.除SA外，多胺(PAs)、钙离子(Ga2+)、一氧化氮(NO)等都可以提高植物的抗逆性[12].但目前外源水杨酸对低温胁迫下薄荷幼苗的生理影响尚未见报道。

1 材料与方法

1.1 实验材料及处理方法

1.1.1 材料选择及处理

所用材料为相同培养条件下健壮的柠檬薄荷幼苗，购于忻州万菁花卉市场，前期时加入Hongland营养液培养.实验时采用盆栽试验，每盆保留幼苗3株，设置2个重复.

1.1.2 SA不同浓度及低温处理

薄荷幼苗培养一段时间后进行水杨酸叶片喷施处理和低温处理，实验在忻州师范学院实验室305进行.先喷施水杨酸进行预处理.将幼苗在实验室自然低温(平均日温14 ℃，夜温11 ℃)胁迫下分别以浓度为50 mg/L 、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L和250 mg/L的SA喷施薄荷幼苗的地上部分，喷至叶面上水珠快要滴落下来为止(实际喷施大约6 mL/盆，即可达到此效果)，1 d喷一次，共喷施7 d，同时以实验室自然低温下加蒸馏水为低温对照，正常室温(平均日温22 ℃，夜温18 ℃)下加蒸馏水为常温对照.然后将幼苗放置实验室自然生长7 d后，取茎叶测定各项生理生态指标，期间每天给幼苗浇少量营养液和水.

1.2 主要实验仪器与试剂

数显恒温水浴锅；万分之一电子天平；低速离心机；紫外分光光度计；冰箱.

硫代巴比妥酸；茚三酮；水杨酸；脯氨酸；考马斯亮蓝G-250；愈创木酚；氮蓝四唑.以上试剂均为分析纯.

1.3 测定指标及方法

1.3.1 形态指标测定

幼苗根基部到生长点之间的高度指株高，多次测量薄荷的株高，最后求平均值；依次测量幼苗鲜重以及地上部和地下部干重：首先洗净幼苗表面的杂土，接着使用蒸馏水将幼苗冲洗干净，然后吸干幼苗水分测量其鲜重，最后在80 ℃的条件下烘干测定恒重.幼苗地下部的干重与地上部的干重之比称为根冠比；绝对含水量是指幼苗的鲜重与干重之差占干重的百分比.

1.3.2 膜脂过氧化程度测定

测定丙二醛(MDA)的含量：参考其他科研工作者的实验指导方法，采用的测定方法为硫代巴比妥酸(TBA)比色法[13]，与此同时，测定出可溶性糖的含量，采用的方法为分光光度计法[13].

1.3.3 抗氧化酶活性测定

a.测定超氧化物歧化酶(SOD)活性：参考并使用氮蓝四唑(NBT)法[14].

b.测定过氧化物酶(POD)活性：参考并使用愈创木酚法[15].

c.测定过氧化氢酶(CAT)活力：参考并使用紫外吸收法[16].

1.3.4 抗氧化剂含量测定

a.测定脯氨酸含量：参考并使用酸性茚三酮法[17].

b.测定可溶性蛋白含量：Brandford(考马斯亮蓝G-250染色)法[15].

1.4 数据处理

采用SPSS20.0进行显著性分析，用Excel2010进行数据处理和作图.

2 实验结果与分析

2.1 低温胁迫对薄荷幼苗形态指标的影响

由表1可知，除常温对照外，低温胁迫下，薄荷幼苗的株高、鲜重、干重、根冠比和绝对含水量都有所下降，且除干重和株高差异不显著外，其余指标都差异较显著.低温胁迫与低温对照相比，随着SA浓度的增加，薄荷幼苗的株高、鲜重、干重等指标都随着增加.当SA浓度达到150 mg/L时，薄荷幼苗的株高达到最大.当SA浓度继续上升到200 mg/L时，薄荷幼苗的鲜重、干重、根冠比和绝对含水量此时都为最大值.当继续增加SA浓度时，幼苗的相应指标值都开始下降，此时幼苗的株高指标与其他浓度下相比差异显著.

表1 低温胁迫对薄荷幼苗形态指标的影响

为了体现不同处理的显著差异使用不同小写字母；不显著的差异则使用同一列数据间字母相同来体现(P< 0.05).

2.2 薄荷幼苗膜脂过氧化程度受低温胁迫的影响

由图1可知，对照常温实验组，低温胁迫的条件下，随着SA浓度的增加，薄荷幼苗的MDA含量是先减少后增加，其中效果最显著时SA的浓度为100 mg/L.比较低温胁迫和低温对照时薄荷幼苗的MDA含量，结果均低于对照，且差异显著.而低浓度SA处理(50～100 mg/L)MDA含量降低幅度较大，高浓度SA处理(150～250 mg/L)MDA含量降低的幅度较小.低温对照较常温对照相比，低温对照MDA含量较常温对照高，低温对照与常温对照差异显著.

图1 不同浓度SA处理对幼苗MDA含量的影响

2.3 薄荷幼苗抗氧化酶活性受低温胁迫的影响

2.3.1 SA处理对薄荷幼苗SOD活性的影响

由图2可知，低温条件下，SA叶片喷施处理提高了薄荷幼苗的SOD活性，其中150 mg/LSA处理时效果最好.随着SA浓度的增加，SOD活性也逐渐增加，在达到150 mg/L时，当SA浓度进一步增大时，SOD活性下降.低温胁迫与低温对照相比，低温对照均小于各个SA浓度处理组，而且它们的差异十分大.SOD活性增加幅度受低浓度SA处理(50～150 mg/L)的影响比较大，SOD活性变化范围受高浓度SA处理(200～250 mg/L)的影响比较小.低温对照较常温对照相比，低温对照SOD活性较常温对照高，低温对照与常温对照差异显著.

图2 不同浓度SA处理对幼苗SOD活性的影响

2.3.2 SA处理对薄荷幼苗POD活性的影响

由图3可知，与常温对照相比，低温胁迫下薄荷幼苗SA叶片喷施处理使幼苗的POD活性提高，POD活性整体呈现先上升后下降的趋势，其中100 mg/LSA处理时效果最好.在低温的条件下，当SA浓度增加时，POD活性也随之加大，在达到100 mg/L时，再增大SA浓度时，POD活性增加会呈下降趋势，在达到250 mg/L时，POD活性低于低温对照，说明250 mg/L的SA处理抑制了POD酶的活性.低温胁迫时，无论是在低浓度的SA处理(50～100 mg/L)下，还是在高浓度的SA处理(150～200 mg/L)下，POD活性的变化幅度都比较大.低温对照较常温对照相比，低温对照POD活性较常温对照高，低温对照和常温对照相比，两者的差别并不大.

图3 幼苗POD活性受不同浓度SA处理的影响

2.3.3 SA处理对薄荷幼苗CAT活性的影响

由图4可知，薄荷幼苗随着SA浓度的增加，CAT活性变化是先快速下降后缓慢上升，可以得出SA的浓度为100 mg/L时处理的效果是最好的.在低温胁迫下，当SA浓度上升时，CAT活性则下降，在达到100 mg/L时，当SA浓度进一步增大时，CAT活性呈现上升趋势，而且比低温对照组高，这说明低浓度的SA处理(50～100 mg/L)抑制了CAT酶的活性，高浓度的SA处理(150～250 mg/L)使CAT酶的活性增加.当SA浓度达到250 mg/L时，CAT酶的活性甚至高于常温对照.低温对照较常温对照相比，低温对照CAT活性较常温对照低，低温对照与常温对照差异显著.

图4 不同浓度SA处理对幼苗CAT活性的影响

2.4 低温胁迫对薄荷幼苗Pro、可溶性蛋白、可溶性糖变化的影响

2.4.1 SA处理对薄荷幼苗Pro含量的影响

由图5可知，在低温的条件下，薄荷幼苗SA叶片喷施处理提高了薄荷幼苗的Pro含量，当SA的浓度上升时，薄荷幼苗中Pro的含量变化是先快速上升后缓慢下降，其中150 mg/LSA处理时Pro含量达到最大.低温胁迫时，各SA处理蛋白质浓度均大于低温对照，低浓度的SA处理(50～150 mg/L)Pro含量增加变化较明显，高浓度的SA处理(200～250 mg/L)Pro含量变化不明显.低温对照较常温对照相比，低温对照Pro含量较常温对照高，且低温对照与常温对照差异显著.

图5 不同浓度SA处理对幼苗Pro含量的影响

2.4.2 薄荷幼苗可溶性蛋白含量受SA处理的影响

由图6可知，低温条件下，薄荷幼苗的可溶性蛋白含量被SA叶片喷施处理这种方式提高了,其中150 mg/L的SA处理效果最显著.当SA浓度增加时，可溶性蛋白含量也随之增加，先逐渐上升，在达到150 mg/L时，继续加大SA浓度，则呈现下降趋势.与低温对照相比，低温胁迫下的可溶性蛋白含量均比低温对照大，而且它们差别明显.低温对照较常温对照相比，低温对照可溶性蛋白含量较常温对照高，低温对照与常温对照差别明显.

图6 不同浓度SA处理对幼苗可溶性蛋白含量的影响

2.4.3 SA处理对薄荷幼苗可溶性糖含量的影响

由图7可知，随着SA浓度的增加，薄荷幼苗中可溶性糖的含量呈现下降后上升的趋势，但变化幅度较小.其中150 mg/L的SA处理效果最显著.低温胁迫时，各SA处理浓度均低于低温对照，低浓度SA处理(50～150 mg/L)和高浓度SA处理(200～250 mg/L)可溶性糖的含量下降和上升的幅度相差较小.低温对照较常温对照相比，低温对照可溶性糖的含量较常温对照高，低温对照与常温对照差异显著.

图7 不同浓度SA处理对幼苗POD活性的影响

3 结论

结果表明，低温胁迫下，100 mg/L～200 mg/L的SA喷施薄荷叶片处理效果最显著，低于或高于此浓度都起不到很好的效果，即外源水杨酸喷施薄荷叶片处理具有双重效应：低浓度的SA处理可以通过调节各种抗氧化酶活性和抗氧化剂，抑制膜脂过氧化产物，维持细胞膜系统的完整性，高浓度的SA处理则使得提高抗寒性的效果较低，可能的机制是水杨酸作为一种植物激素与生长素的作用机制相似，即低浓度的SA能够促进植物生长，高浓度则抑制植物生长.研究中所设置的SA浓度0、50、100、150、200和250 mg/L均可以对低温胁迫下的薄荷幼苗的抗寒性起到辅助作用，提高薄荷幼苗的抗寒性.但是，SA介导的信号传导途径与植物抗逆性的关系，各研究者在不同的实验材料中的研究结论也不尽相同.虽然关于SA对植物抗逆性的研究很多，但想要完全明确SA在辅助植物的各种抗性中的作用机制，还需要进一步的研究.