氯化鑭對不同濃度鹽、堿脅迫條件下不同種薄荷抗逆性的影響Δ

付英杰，劉月帥，李艷芝，王建安（濟寧醫(yī)學院藥學院，山東日照276826）

氯化鑭對不同濃度鹽、堿脅迫條件下不同種薄荷抗逆性的影響Δ

付英杰＊，劉月帥，李艷芝，王建安#（濟寧醫(yī)學院藥學院，山東日照276826）

目的：研究氯化鑭（LaCl3）對不同濃度鹽、堿脅迫條件下不同種薄荷抗逆性的影響，為薄荷的種植提供理論和試驗依據。方法：將4種薄荷（薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷、圓葉薄荷）采用低、中、高濃度（25、50、100 mmol/L）的NaCl鹽脅迫和NaHCO3堿脅迫，測定生長指標（存活率、株高、鮮質量、干質量），篩選具有良好抗逆性的薄荷種；測定鑭離子（La3+）對各濃度鹽、堿脅迫下薄荷的生長指標、滲透調節(jié)指標[可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）]、抗氧化活性指標[超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）]以及揮發(fā)油得率，推斷La3+對薄荷抗逆性的影響機制。結果：鹽、堿脅迫后，美國薄荷、圓葉薄荷的存活率顯著降低，不適合在給定氣候條件下生長。對于薄荷、留蘭香薄荷，在無人工干預的條件下，低濃度鹽、堿脅迫可顯著增加其生長指標；在無脅迫條件下，La3+可顯著增加薄荷的產量及CAT活性；在鹽、堿脅迫條件下，與不噴施La3+組比較，噴施La3+組的薄荷在低、中、高濃度鹽脅迫下的SOD、CAT、POD活性，在高濃度堿脅迫下的株高、鮮質量，在中、高濃度堿脅迫下的SOD活性及SS含量，在中濃度堿脅迫下的POD活性等指標均有顯著升高。結論：噴施La3+后可顯著改善中、高濃度堿化土壤（pH＞8.0）下的薄荷生長狀況；對鹽、堿抗性最好的薄荷種是薄荷（Mentha haplocalyx Briq.）。

薄荷；鹽脅迫；堿脅迫；生長指標；滲透調節(jié)指標；抗氧化活性指標；氯化鑭

薄荷是唇形科（Labiatae）薄荷屬多年生宿根性草本植物薄荷的全草，主含揮發(fā)油[1]，具有疏風散熱、利咽透疹、清利頭目、疏肝行氣等功效，被廣泛地應用于日化、食品、中西藥、煙草等多個行業(yè)。薄荷可被扦插繁殖，耐寒性和耐鹽性較強，適合種植于疏松肥沃、排水良好的沙質土壤中，道地產區(qū)為江蘇太倉。薄荷有一定的耐鹽性，但耐堿性很差；而我國的多數鹽土都含堿，目前全國有6.7×106公頃的次生鹽堿地和1.7×107公頃的潛在鹽堿土[2]。薄荷在2015年版《中國藥典》（一部）中作為藥用的只有Mentha haplocalyx Briq.一種，但醫(yī)藥原料薄荷油卻可在薄荷近緣種如留蘭香薄荷（Mentha spicata Linn.）、美國薄荷（Monarda didyma L.）、圓葉薄荷[Mentha rotundifolia（Linn.）huds]等物種中進行提取，以上均為世界薄荷油產區(qū)的常見種。目前在堿化土壤中種植薄荷的研究性文獻尚未見報道。因此，本研究在堿土中篩選適合我國氣候的薄荷品種以及優(yōu)化栽培條件，具有實際生產意義。

低濃度稀土元素具有類似于超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）的抗氧化作用，使植物的產量增加，但過高濃度稀土元素會對植物產生類似重金屬樣的毒害。鑭離子（La3+）是一種輕稀土元素，來源較廣，對植物毒害作用較小，低濃度下具有顯著增強多種作物抗逆性的效果[3]。研究發(fā)現，氯化鑭（LaCl3）可使牧草葉片中的SOD、過氧化氫酶（CAT）、POD等抗氧化保護酶的活性明顯增強，從而降低活性氧對植物造成的過氧化傷害，提高植物細胞膜的穩(wěn)定性，降低葉片電解質的滲透率，加強葉片光合作用并提高植物產量[3]。筆者選取LaCl3作為稀土肥，通過對不同濃度鹽、堿脅迫下不同種薄荷的生長指標及抗逆性生理指標進行測定，研究LaCl3對不同種薄荷在不同脅迫條件下進行人為干預的抗逆性變化規(guī)律。

1 材料

1.1 儀器

UV-2450紫外分光光度計（日本島津公司）；TDL-80-2B臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；DLPNT3000土壤鹽堿度（活度）檢測儀（德國Steps公司）；CP224C電子分析天平（美國奧豪斯公司）；pHS-3C pH計（上海康儀儀器有限公司）。

1.2 藥材、藥品與試劑

薄荷（Mentha haplocalyx Briq.）、留蘭香薄荷（Mentha spicata Linn.）、美國薄荷（Monarda didyma L.）、圓葉薄荷[Mentha rotundifolia（Linn.）huds]的幼苗均由江蘇省中國科學院植物研究所徐增萊研究員提供，經濟寧醫(yī)學院藥學院王建安副教授鑒定為真品；LaCl3（上海青析化工科技有限公司，批號：070228，純度：99%）；L-甲硫氨酸（上海惠興生化試劑有限公司，批號：131218，純度：99%）；核黃素（國藥集團化學試劑有限公司，批號：F20080123，純度：97.5%）；其余試劑均為分析純。

2 方法

2.1 鹽、堿脅迫下4種薄荷的生長指標測定

選取若干株長勢相同的薄荷，通過扦插法植于放有石英沙作為基質的培養(yǎng)瓶中，每種薄荷種植7組，分組見表1。用含大量元素的Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)薄荷，培育至生根約長6 cm后，移栽至小塑料花盆中（上口徑14 cm、高10 cm，具底盤）。基礎土壤選取沙質土（土壤的養(yǎng)分含量測定為有機質11 g/kg、全氮0.89 g/kg、有效磷14 mg/kg、速效鉀109 mg/kg，土壤肥力較低）。

緩苗期除正常澆水外，每隔4 d澆灌1次100 mL含大量元素的Hoagland營養(yǎng)液。待葉片長至10片時，分別采用低、中、高濃度的NaCl、NaHCO3和蒸餾水20 mL，每隔5 d澆灌1次。使用土壤鹽堿度檢測儀及pH計測定土壤的平均鹽堿度，使土壤變化維持在表1中含鹽量的±10%、pH的±0.1，同時測定相同濃度下儲備土壤的堿化度。在（18±4）℃溫室內于4～5月份（自然條件，光暗周期約為13～14 h/11～10 h）培養(yǎng)20 d。測定各組幼苗的存活率，之后每組隨機選取10株幼苗，測定生長指標（存活率、株高、鮮質量、干質量）。結果以±s表示，用Excel進行統(tǒng)計繪圖，用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進行兩組樣本間差異顯著性分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

分組依據參考預試驗結果：鹽、堿濃度＞100 mmol/L時，薄荷死亡率過高，使后續(xù)試驗無法進行。因此設計了25、50、100 mmol/L（低、中、高濃度）3個梯度，并以0 mmol/L鹽、堿濃度作為對照組，詳見表1。

2.2 LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷抗逆性的影響

按照“2.1”項下土壤及培養(yǎng)條件進行，分為不加La3+組和加La3+組，后者額外葉面噴施250 mg/L的LaCl3，每隔10 d噴施1次，共噴施2次。各組均采用表1中的Na-Cl和NaHCO3濃度進行鹽、堿脅迫，每隔5 d噴施1次，共3次。每組選10株薄荷測定生長指標、滲透調節(jié)指標[可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）]、抗氧化生理指標（SOD、POD、CAT）和揮發(fā)油得率。其中，SS含量測定采用蒽酮比色法[4]；Pro含量測定采用磺基水楊酸法[5]；SP含量測定采用考馬斯亮藍法[6]；SOD活性測定采用氮藍四唑法[7]；POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]；CAT活性測定采用紫外吸收法[9]；揮發(fā)油得率測定采用2015年版《中國藥典》（四部）通則2204項的“揮發(fā)油測定法”進行。按“2.1”項下統(tǒng)計學方法進行統(tǒng)計，加La3+組與不加La3+組進行組間比較。

3 結果

3.1 鹽、堿脅迫對4種薄荷生長指標的影響結果

鹽、堿脅迫對4種薄荷生長指標的影響見圖1。

由圖1可知，美國薄荷、圓葉薄荷的長勢較差、存活率低，說明這2種薄荷并不適合在給定的氣候條件下生長。為了得到更穩(wěn)定的試驗結果，后續(xù)試驗選取薄荷、留蘭香薄荷進行研究。由各項生長指標的變化印證了薄荷本身耐鹽性較強但耐堿性較差的生長特性，如4種薄荷在堿脅迫下，均較鹽脅迫下存活率和鮮質量有下降的趨勢。因此，需要對如何提高薄荷的耐堿性進行探討。

3.2 LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷各項指標的影響結果

LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷生長指標的影響見圖2，對鹽、堿脅迫下薄荷滲透調節(jié)指標的影響見圖3，對鹽、堿脅迫下薄荷抗氧化活性指標的影響見圖4。

圖1 鹽、堿脅迫對4種薄荷生長指標的影響Fig1 Effects of saline-alkali stress on growth indexes of 4 kinds of mint

由圖2可知，與不噴施La3+組比較，在無脅迫下（0 mmol/L），噴施La3+組薄荷的株高和鮮質量顯著提高（P＜0.01），但LaCl3對留蘭香薄荷影響不明顯（P＞0.05）；在鹽脅迫下，噴施La3+對薄荷、留蘭香薄荷的生長指標的影響差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；在堿脅迫下，噴施La3+對中濃度組（50 mmol/L NaHCO3）留蘭香薄荷的株高以及高濃度組（100 mmol/L NaHCO3）薄荷及留蘭香薄荷的鮮質量有顯著提高（P＜0.05），說明La3+可有效地提高中、高濃度堿脅迫下植株的抗逆性。但在低濃度（25 mmol/L NaHCO3）下，噴施La3+組的薄荷的部分生長指標反而低于不噴施La3+組，分析可能是因為低濃度堿脅迫刺激薄荷本身產生較強的抗逆性，而La3+有一定毒害作用所致。

由圖3可知，在滲透調節(jié)指標方面，在無人工干預的條件下，薄荷自身產生大量的SS，并使SP少量分解，產生Pro以對抗鹽堿，但在低濃度鹽、堿脅迫下基本達到最大值。與不噴施La3+組比較，噴施La3+組的薄荷中SS及Pro含量均有不同程度的升高。其中SS含量在堿脅迫下的高濃度組與不噴施La3+組間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），為滲透調節(jié)的主因，而Pro含量則差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。在鹽脅迫下，噴施La3+組的滲透調節(jié)指標與不噴施La3+組比較差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

圖2 LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷生長指標的影響Fig2 Effects of LaCl3on growth indexes of mint under saline-alkali stress

由圖4可知，在抗氧化活性指標方面，各組表現較為復雜。與不噴施La3+組比較，在無脅迫下（0 mmol/L），噴施La3+組薄荷、留蘭香薄荷的CAT活性顯著增加（P＜0.01）；在鹽脅迫下，噴施La3+組薄荷、留蘭香薄荷的SOD、POD、CAT活性顯著增加（P＜0.01）；薄荷在低、中濃度堿脅迫下的SOD、POD活性及高濃度堿脅迫下的SOD、CAT活性，以及留蘭香薄荷在中濃度堿脅迫下的SOD、POD、CAT活性和高濃度堿脅迫下的SOD、POD活性顯著增加（P＜0.01）。

3.3 LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷揮發(fā)油得率的影響結果

鹽、堿脅迫下噴施La3+后薄荷揮發(fā)油的平均得率測定結果見表2。

由表2可知，噴施La3+組與不噴施La3+組在揮發(fā)油得率上差異較小。但前述試驗結果表明，在堿化土壤中噴施La3+的薄荷存活率提高約10%，葉片鮮質量提升5%～10%，說明LaCl3仍可提升薄荷揮發(fā)油產量。

4 討論

圖3 LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷滲透調節(jié)指標的影響Fig3 Effects of LaCl3on osmotic regulation indexes of mint under saline-alkali stress

圖4 LaCl3對鹽、堿脅迫下薄荷抗氧化活性指標的影響Fig4 Effects of LaCl3on antioxidant activity indexes of mint under saline-alkali stress

表2 鹽、堿脅迫下噴施La3+后薄荷揮發(fā)油的平均得率（%%）Tab2 Average yield of volatile oil after spraying La3+undersaline-alkali stress（%%）

在鹽、堿條件下，植物一般可通過滲透調節(jié)（如Pro、SS等含量的改變[10]）、抗氧化能力的提升（如抗氧化酶SOD、POD、CAT等[11]）、營養(yǎng)元素平衡、改變代謝類型、維護膜的完整性等方法來減輕傷害[12]，其中前2種是多數耐鹽堿植物的抗性機制。SOD活性越高，植物自身清除氧自由基能力越強；POD活性越高，植物木化程度越高，其適應性及老化程度越高；CAT活性越高，使過氧化氫歧化物分解的能力越強；SS有滲透調節(jié)、作為能量庫、穩(wěn)定細胞膜等作用，其含量越高，植物抗逆性越強[13]。在鹽、堿土中，薄荷通過增加滲透調節(jié)劑（如SS）以保持抗?jié)B透脅迫能力，并改變SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性以清除活性氧，從而減少鹽堿傷害。

在無人工干預的條件下，低濃度（25 mmol/L）鹽、堿脅迫使薄荷的株高、干質量及鮮質量均有小幅的提升，說明低濃度鹽、堿可以刺激薄荷植株生長，也印證了薄荷本身具有一定的耐鹽、耐堿性，起主要作用的物質為滲透調節(jié)物質SS、Pro以及抗氧化酶POD。

在無脅迫條件下，噴施La3+可顯著地提升薄荷的產量，起主要作用的抗氧化酶為CAT，但對留蘭香薄荷作用不明顯。在鹽脅迫條件下，噴施La3+對生長指標無顯著影響，只有提高中、高濃度鹽脅迫下的薄荷及留蘭香薄荷產量的趨勢，在低濃度的鹽脅迫下作用不明顯，說明薄荷本身耐鹽性較好。盡管La3+可促進抗氧化酶SOD、POD和CAT的增加，但總體來看，噴施La3+影響并不顯著。在堿脅迫條件下，噴施La3+對生長指標表現出兩面性：低濃度（25 mmol/L NaHCO3）下減少薄荷的產量，中、高濃度（50、100 mmol/L NaHCO3）下則顯著提高產量。在滲透調節(jié)物質方面，可明顯地提高中、高濃度下SS的含量；在抗氧化酶方面，在低濃度NaHCO3下SOD和POD的含量提高，但CAT反而低于不噴施La3+組。這說明在堿脅迫下，低濃度以CAT，中濃度以SS、SOD和POD，高濃度以SS、SOD為起關鍵作用的抗逆性物質。

在揮發(fā)油得率測定試驗中，若按照每株薄荷進行測定，則揮發(fā)油獲得量極少，誤差非常大。因此，采用的是測定總量法，即在完成所有指標試驗之后，摘取盆中剩余全部葉片進行提取，測平均得率，但缺少標準差。

本研究為薄荷的種植及其他開發(fā)適合鹽、堿地種植的中藥品種提供了理論和試驗依據：薄荷對鹽、堿的脅迫具有不同程度的耐性。在無人工干預的情況下，可耐受相當于25 mmol/L NaHCO3（pH≈7.8）的堿化土壤或100 mmol/L NaCl（含鹽量≈0.54%）的鹽化土壤。在噴施La3+后可顯著改善中、高濃度堿化土壤（pH＞8.0）下的薄荷生長狀況。因此，在推廣種植時，可以考慮選擇低鹽、低堿度的土壤種植薄荷；如果本地土壤堿化度較高，則應考慮葉面噴施LaCl3稀土肥。在4種薄荷種的選擇上，在我國種植薄荷的主產區(qū)[暖溫帶-北亞熱帶區(qū)域，（18±4）℃，光暗周期13～14 h/11～10 h]應以薄荷（Mentha haplocalyx Briq.）為最優(yōu)。

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Study on the Resistance Effect of LaCl3on Different Varieties of Mint under Saline-alkali Stress with Different Concentrations

FU Yingjie，LIU Yueshuai，LI Yanzhi，WANG Jian’an（School of Pharmacy，Jining Medical University，Shandong Rizhao 276826，China）

OBJECTIVE：To study the resistance effect of LaCl3on different varieties of mint under saline-alkali stress with different concentrations，and provide theoretical and experimental basis for its planting.METHODS：NaCl saline stress and NaHCO3alkali stress with low，medium，high concentrations（25，50，100 mmol/L）were conducted for 4 kinds of mint[Mentha haplocalyx Briq.， Mentha spicata Linn.，Monarda didyma L.，Mentha rotundifolia（Linn.）huds].Growth indexes（survival rate，plant height，fresh weight and dry weight）were determined，and mint species with good resistance were screened.The effect mechanism of La3+on growth indexes in saline-alkali stress with different concentrations，osmotic regulation indexes[soluble sugar（SS），soluble protein（SP），proline（Pro）]，antioxidant activity indexes[superoxide dismutase（SOD），peroxidase（POD），catalase（CAT）]，the yield of volatile oil，and resistance were determined.RESULTS：After saline-alkali stress，M.didyma and M.rotundifolia had low survival rate，which were not suitable for growth under given climatic conditions.For M.haplocalyx and M.spicata，saline-alkali stress with low concentration can significantly increase the growth indexes under no artificial intervention.La3+can significantly increase the yield and CAT activity under no stress.Compared with non-spraying La3+group，the SOD，CAT，POD activities of mint added La3+under saline stress with low，medium，high concentrations，plant height and fresh weight under alkali stress with high concentration，SOD activity and SS content under alkali stress with medium，high concentrations，and POD activity under alkali stress with medium concentration were significantly increased.CONCLUSIONS：Spraying La3+can significantly improve the growth of M.haplocalyx and M.spicata under alkalized soil with medium，high concentrations.Mentha haplocalyx Briq.is selected as the mint specy with the best saline-alkali resistance.

Mint；Saline stress；Alkali stress；Growth index；Osmotic regulation index；Antioxidant activity index；LaCl3

R931.2；Q945.78

A

1001-0408（2017）31-4376-05

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2017.31.15

山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展計劃項目（No.2014WS0507）

＊副教授。研究方向：中藥新藥與質量標準。電話：0633-2983695。E-mail：pilipili@163.com

#通信作者：副教授。研究方向：藥用植物資源與活性成分。電話：0633-2983695。E-mail：anansen@163.com

2016-12-01

2017-03-06）

（編輯：余慶華）