旱鹽脅迫下激素對荊芥種子萌發的影響

司明東，李嘉誠，李新蕊，孫會改，李 菁，鄭玉光,2，馬東來,2

（1河北中醫學院藥學院，石家莊 050200；2河北省中藥炮制技術創新中心，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、透疹、消瘡的作用[1]，是河北道地藥材，現代藥理研究發現，荊芥富含酚類和黃酮類等多種化學成分，其中揮發油具有良好的鎮痛、抗炎和擴張支氣管等功效[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已成為荊芥主要種植區域，但是在該區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芽率，制約其標準化生產，進而影響荊芥藥材品質[4]。目前對荊芥種子萌發條件有一定研究，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，荊芥種子的發芽與生長被抑制。很多關于荊芥種子萌發的文獻研究多采用單一影響因素，同時對干旱與鹽脅迫發生地區的荊芥種子萌發與生長的研究尚未見報道。

有文獻報道，適量的赤霉素、萘乙酸和吲哚乙酸有助于種子的萌發[7]、植物的細胞分裂與擴大和植物的生根[8-9]。因此，探討激素對旱、鹽脅迫下荊芥種子萌發的影響具有重要意義。我們在前期研究的基礎上[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特性，以期為解決荊芥在旱鹽環境下成活問題提供理論指導。

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學院藥植園，種子經晾曬后存放于河北中醫學院生藥學教研室。

1.2 試驗試劑

NaCl、PEG-6000 均購于天津市大茂化學試劑廠（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[11]進行旱、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，隨機選取100 粒種子置于鋪有兩層濾紙的培養皿中，使用清水或脅迫溶液將濾紙潤濕飽和，在25℃，12 h黑暗/12 h光照條件下于培養箱中進行培養。模型組為不同濃度的NaCl 溶液和PEG-6000 脅迫處理，對照組設定為清水處理，每個處理重復3 次。種子發芽以荊芥種子露出白芽為標準，每日10:00統計種子發芽數量，同時噴適量蒸餾水保持濾紙濕潤，8天為一個試驗周期，根據發芽率確定種子萌發的旱、鹽脅迫閾值。

激素誘導試驗：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，其余萌發條件及處理同上，進行種子發芽試驗。每日統計種子的發芽數量，計算荊芥種子的發芽指標，探討種子萌發的最適激素濃度。

1.3.3 發芽指標的測定 計算公式如(1)～(3)所示。

式中，a為第a天的正常發芽數，b為對應的天數。

1.4 數據處理

采用SPSS 18.0軟件對所獲得數據進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 旱、鹽脅迫對荊芥種子萌發的抑制作用

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

在鹽脅迫下，隨著NaCl 溶液濃度上升，發芽率呈下降的趨勢而發芽勢和發芽指數表現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 濃度達到150 μmol/L 時，其發芽率為32.67%，發芽勢和發芽指數分別為14.67%和16.42%，相比對照組下降近50%，且種子的發芽率在NaCl 濃度為200 μmol/L時降至0。因此，確定荊芥種子萌發的鹽脅迫閾值為150 μmol/L。

圖1 旱、鹽脅迫下荊芥種子的發芽率發芽勢及發芽指數

2.2 干旱脅迫下激素處理對荊芥種子發芽指標的影響

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

隨著GA 濃度的增加，荊芥種子的發芽率和發芽勢呈下降趨勢，而發芽指數雖有回升但總體也為下降趨勢。在GA濃度為0.1 mg/L時，發芽率、發芽勢及發芽指數達到頂點，分別為73.00%、61.33%和69.97%（圖2A）。隨著NAA濃度的升高，發芽率和發芽勢呈現先增加后下降的趨勢，發芽指數一直下降。在NAA濃度為1 mg/L 時，種子的發芽率和發芽勢達到最高值，分別為72.67%、64.33%，而種子的發芽指數在NAA濃度為0.1 mg/L 時達到頂點64.94%（圖2B）。荊芥種子在經過IAA 處理后，發芽率、發芽勢與發芽指數均有提高，但不及GA和NAA效果顯著（圖2C）。

圖2 PEG脅迫下GA、NAA和IAA對荊芥種子的發芽性狀的影響

2.3 鹽脅迫下激素處理對荊芥種子發芽指標的影響

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

隨著GA濃度的增加，荊芥種子的發芽率、發芽勢和發芽指數均呈上升趨勢，明顯緩解了鹽脅迫的抑制作用。荊芥種子的發芽率隨著NAA濃度的上升，呈先上升后下降的趨勢，而發芽勢和發芽指數則呈現先下降后上升的趨勢（圖3A）。在NAA濃度為1 mg/L時種子的發芽率達到頂點，為56.67%，但此時的發芽指數和發芽勢卻達到最低點。說明NAA 對鹽脅迫下的荊芥種子，具有低濃度促進萌發，高濃度抑制萌發的特性（圖3B）。荊芥種子在經過IAA 處理后，發芽率、發芽勢及發芽指數均呈先上升，后下降的趨勢，但效果較弱。在GA 濃度為10 mg/L 時，種子的發芽率、發芽勢及發芽指數均達到頂點，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具有最強的促進作用（圖3C）。

圖3 鹽脅迫下GA、NAA和IAA對荊芥種子的發芽性狀的影響

3 討論

鹽旱脅迫是植物遭受的最嚴重的非生物脅迫，直接影響植物的萌發、生長，甚至會致其死亡[12]。有文獻報道，外源性生長素對種子在干旱或鹽脅迫下的萌發具有較好的促進作用，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的影響，結果表明二者均能提高種子的萌發率，縮短萌發時間；劉拴成等[15]關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，促進種子萌發的效果，而在高濃度下由于滲透壓升高，抑制種子吸水，進而抑制種子萌發。在本研究結果中，荊芥種子在0.1～1 mg/L GA、NAA 和IAA 3 種激素浸泡后，就顯示出較好促進萌發效果。

種子從吸水開始萌發，貯藏在種子內的酶原會被激活，合成種子萌發所需要的酶[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[6]，本研究采用激素輔助促進干旱和鹽脅迫下種子萌發，結果顯示，荊芥種子萌發的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，以發芽率為標準，10 mg/L 的GA和1 mg/L的NAA、IAA都能有效地解除15 μmol/L的NaCl 溶液對種子萌發造成的抑制，10 mg/L 的GA誘導下的發芽指數高于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 的低濃度有促進作用，1 mg/L 和10 mg/L 則表現出較強的抑制作用，可能是由于NaCl與IAA激素會在一定濃度下產生互作，導致脅迫程度增加，進而增強對種子萌發抑制作用[17]。

4 結論

GA、NAA和IAA 3種激素促進干旱和鹽脅迫下荊芥種子的萌發，其促進程度為GA＞NAA＞IAA，GA作用的最佳濃度分別為0.1 mg/L 和1 mg/L，發芽率分別為73.00%和58.67%。所優化的激素種類和濃度對荊芥在干旱或鹽漬地區種植提高科學依據，為進一步推廣荊芥標準種植提高參考。