旱盐胁迫下激素对荆芥种子萌发的影响

2023-02-17司明东李嘉诚李新蕊孙会改郑玉光马东来

农学学报 2023年1期

司明东，李嘉诚，李新蕊，孙会改，李菁，郑玉光,2，马东来,2

（1河北中医学院药学院，石家庄 050200；2河北省中药炮制技术创新中心，石家庄 050091）

0 引言

荆芥为唇形科植物荆芥Schizonepeta tenuifoliaBriq.的干燥地上部分，具有解表散风、透疹、消疮的作用[1]，是河北道地药材，现代药理研究发现，荆芥富含酚类和黄酮类等多种化学成分，其中挥发油具有良好的镇痛、抗炎和扩张支气管等功效[2]。荆芥作为中国重要的中药材之一，随着荆芥市场需求量不断增加且野生资源较少，人工栽培的面积逐年增加，其中华北和东北地区已成为荆芥主要种植区域，但是在该区域存在较大面积的干旱和土壤盐渍化问题[3]。旱、盐等非生物胁迫会影响荆芥种子发芽率，制约其标准化生产，进而影响荆芥药材品质[4]。目前对荆芥种子萌发条件有一定研究，如张瑞娥等[5]研究表明，不同浓度NaCl胁迫对特大叶荆芥幼苗种子萌发率效果不明显，而荆芥幼苗生长随浓度增加而呈下降趋势；李柯等[6]报道随着干旱程度的加深，荆芥种子的发芽与生长被抑制。很多关于荆芥种子萌发的文献研究多采用单一影响因素，同时对干旱与盐胁迫发生地区的荆芥种子萌发与生长的研究尚未见报道。

有文献报道，适量的赤霉素、萘乙酸和吲哚乙酸有助于种子的萌发[7]、植物的细胞分裂与扩大和植物的生根[8-9]。因此，探讨激素对旱、盐胁迫下荆芥种子萌发的影响具有重要意义。我们在前期研究的基础上[10]，以荆芥种子为材料，探究旱盐胁迫下赤霉素(gibberellin,GA)、萘乙酸(1-Naphthylacetic acid,NAA)和吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)3种激素在对不同浓度处理条件下荆芥种子萌发特性，以期为解决荆芥在旱盐环境下成活问题提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

荆芥的种子于2018 年秋季采于河北中医学院药植园，种子经晾晒后存放于河北中医学院生药学教研室。

1.2 试验试剂

NaCl、PEG-6000 均购于天津市大茂化学试剂厂（分析纯）；赤霉素、萘乙酸和吲哚乙酸均购于上海麦克林公司。

1.3 试验方法

1.3.1 不同溶液的配置用蒸馏水配置所需浓度溶液。NaCl 溶液浓度分别为5、10、15、20 μmol/L，PEG-6000溶液浓度分别为5%、10%、15%、20%，GA、NAA 和IAA浓度梯度配置均为0.1、1、10 mg/L。

1.3.2 试验过程参照文献[11]进行旱、盐胁迫试验：选取颗粒饱满完整的荆芥种子用清水浸泡30 min 后，随机选取100 粒种子置于铺有两层滤纸的培养皿中，使用清水或胁迫溶液将滤纸润湿饱和，在25℃，12 h黑暗/12 h光照条件下于培养箱中进行培养。模型组为不同浓度的NaCl 溶液和PEG-6000 胁迫处理，对照组设定为清水处理，每个处理重复3 次。种子发芽以荆芥种子露出白芽为标准，每日10:00统计种子发芽数量，同时喷适量蒸馏水保持滤纸湿润，8天为一个试验周期，根据发芽率确定种子萌发的旱、盐胁迫阈值。

激素诱导试验：在旱、盐胁迫阈值（10%的PEG-6000溶液、150 μmol/L的NaCl溶液）的胁迫下，利用浓度分别为3 个梯度的GA、NAA 和IAA 对种子浸泡30 min，其余萌发条件及处理同上，进行种子发芽试验。每日统计种子的发芽数量，计算荆芥种子的发芽指标，探讨种子萌发的最适激素浓度。

1.3.3 发芽指标的测定计算公式如(1)～(3)所示。

式中，a为第a天的正常发芽数，b为对应的天数。

1.4 数据处理

采用SPSS 18.0软件对所获得数据进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 旱、盐胁迫对荆芥种子萌发的抑制作用

荆芥种子在干旱胁迫下其各项发芽指标随着PEG-6000浓度的增加，其发芽率和发芽势呈先上升再下降的趋势；而发芽指数却呈下降的趋势（图1A）。对照组荆芥种子发芽率为63.50%，发芽势与发芽指数分别58.50%和70.89%。干旱胁迫下，荆芥种子在PEG-6000 浓度达到10%时，其发芽率为58.67%，发芽势和发芽指数分别为51.67%和45.62%，与对照组相比均有明显下降，且种子的发芽率在PEG-6000 浓度增加到15%时为0。因此，确定荆芥种子萌发的干旱胁迫阈值为10%。

在盐胁迫下，随着NaCl 溶液浓度上升，发芽率呈下降的趋势而发芽势和发芽指数表现出均呈先下降再上升而后再下降的趋势（图1B）。盐胁迫试验中，在NaCl 浓度达到150 μmol/L 时，其发芽率为32.67%，发芽势和发芽指数分别为14.67%和16.42%，相比对照组下降近50%，且种子的发芽率在NaCl 浓度为200 μmol/L时降至0。因此，确定荆芥种子萌发的盐胁迫阈值为150 μmol/L。

图1 旱、盐胁迫下荆芥种子的发芽率发芽势及发芽指数

2.2 干旱胁迫下激素处理对荆芥种子发芽指标的影响

在干旱胁迫下，利用不同浓度GA、NAA及IAA对种子进行处理，其发芽率、发芽势与发芽指数的情况如图所示（图2）。

随着GA 浓度的增加，荆芥种子的发芽率和发芽势呈下降趋势，而发芽指数虽有回升但总体也为下降趋势。在GA浓度为0.1 mg/L时，发芽率、发芽势及发芽指数达到顶点，分别为73.00%、61.33%和69.97%（图2A）。随着NAA浓度的升高，发芽率和发芽势呈现先增加后下降的趋势，发芽指数一直下降。在NAA浓度为1 mg/L 时，种子的发芽率和发芽势达到最高值，分别为72.67%、64.33%，而种子的发芽指数在NAA浓度为0.1 mg/L 时达到顶点64.94%（图2B）。荆芥种子在经过IAA 处理后，发芽率、发芽势与发芽指数均有提高，但不及GA和NAA效果显著（图2C）。

图2 PEG胁迫下GA、NAA和IAA对荆芥种子的发芽性状的影响

2.3 盐胁迫下激素处理对荆芥种子发芽指标的影响

在盐胁迫下，利用不同浓度的GA、NAA及IAA对荆芥种子进行处理，其发芽率、发芽势与发芽指数的情况如图所示（图3）。

随着GA浓度的增加，荆芥种子的发芽率、发芽势和发芽指数均呈上升趋势，明显缓解了盐胁迫的抑制作用。荆芥种子的发芽率随着NAA浓度的上升，呈先上升后下降的趋势，而发芽势和发芽指数则呈现先下降后上升的趋势（图3A）。在NAA浓度为1 mg/L时种子的发芽率达到顶点，为56.67%，但此时的发芽指数和发芽势却达到最低点。说明NAA 对盐胁迫下的荆芥种子，具有低浓度促进萌发，高浓度抑制萌发的特性（图3B）。荆芥种子在经过IAA 处理后，发芽率、发芽势及发芽指数均呈先上升，后下降的趋势，但效果较弱。在GA 浓度为10 mg/L 时，种子的发芽率、发芽势及发芽指数均达到顶点，分别为58.67%、45.67%和51.92%，在3 种激素中GA 对盐胁迫下荆芥种子的萌发具有最强的促进作用（图3C）。

图3 盐胁迫下GA、NAA和IAA对荆芥种子的发芽性状的影响

3 讨论

盐旱胁迫是植物遭受的最严重的非生物胁迫，直接影响植物的萌发、生长，甚至会致其死亡[12]。有文献报道，外源性生长素对种子在干旱或盐胁迫下的萌发具有较好的促进作用，如李光菊等[13]研究表明600 mg/L的GA 浸种对大麻种子在20%PEG-6000 模拟的干旱胁迫有较好的缓解作用；王丽敏等[14]研究了不同浓度的GA、NAA等对盐胁迫下的盐穗木种子萌发的影响，结果表明二者均能提高种子的萌发率，缩短萌发时间；刘拴成等[15]关于番茄种子的研究中，IAA 最高能解除150 mmol/L 浓度的盐害，而GA 可以解除100 mmol/L浓度的盐害。以上文献报道显示GA、NAA 和IAA 3种激素在低浓度时能够快速打破种子休眠，促进种子萌发的效果，而在高浓度下由于渗透压升高，抑制种子吸水，进而抑制种子萌发。在本研究结果中，荆芥种子在0.1～1 mg/L GA、NAA 和IAA 3 种激素浸泡后，就显示出较好促进萌发效果。

种子从吸水开始萌发，贮藏在种子内的酶原会被激活，合成种子萌发所需要的酶[16]。而干旱和盐胁迫会破坏种子的吸水过程从而影响种子正常萌发[6]，本研究采用激素辅助促进干旱和盐胁迫下种子萌发，结果显示，荆芥种子萌发的PEG 溶液浓度适宜值、临界值与极限值分别为5%、10%、15%（图1A）；由图2 可知，3种激素相比较，0.1 mg/L的GA和1 mg/L的NAA都可以有效地解除10%PEG 溶液对种子萌发造成的抑制，适量的IAA 也可以缓解干旱胁迫造成的影响，但效果不如前两者。由图1B 可知荆芥种子萌发的NaCl 溶液浓度适宜值、临界值与极限值分别为0、15、20 μmol/L。由图3 可知，以发芽率为标准，10 mg/L 的GA和1 mg/L的NAA、IAA都能有效地解除15 μmol/L的NaCl 溶液对种子萌发造成的抑制，10 mg/L 的GA诱导下的发芽指数高于NAA 和IAA 10%左右，可见GA 可以有效提高种子活力。IAA 仅在0.1 mg/L 的低浓度有促进作用，1 mg/L 和10 mg/L 则表现出较强的抑制作用，可能是由于NaCl与IAA激素会在一定浓度下产生互作，导致胁迫程度增加，进而增强对种子萌发抑制作用[17]。