水杨酸对干旱胁迫下夏枯草种子萌发的影响

张利霞，常青山，侯小改，陈苏丹，戴攀峰

(河南科技大学 a.农学院； b.林学院，河南 洛阳 471003)



水杨酸对干旱胁迫下夏枯草种子萌发的影响

张利霞a，常青山b，侯小改a，陈苏丹b，戴攀峰a

(河南科技大学a.农学院；b.林学院，河南 洛阳 471003)

用0.5～3.0mmol/L水杨酸(SA)溶液对夏枯草种子进行浸种处理，然后用0.2g/mL聚乙二醇(PEG)6000溶液模拟干旱胁迫，探讨SA对干旱胁迫下夏枯草种子萌发的影响。研究结果表明：干旱胁迫显著降低了夏枯草种子的萌发，严重抑制了夏枯草幼苗的生长。在0.5～3.0mmol/LSA浸种处理下，夏枯草种子的萌发指标与幼苗生长指标均有不同程度的增加。1.5～2.0mmol/LSA处理，可以显著提高夏枯草种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长指标和鲜质量指标。以2.0mmol/LSA浸种处理效果最佳，过高浓度的SA处理会降低其干旱缓解效果。

夏枯草；干旱胁迫；种子萌发；水杨酸

0　引言

夏枯草(Prunella vulgarisL.)是唇形科夏枯草属的一种多年生药用草本植物，具有清肝明目和散结解毒的功效，主治目赤肿痛、头痛眩晕等病，在中药和养生保健领域中应用广泛[1]。因此，市场对夏枯草的需求量极大，日益枯竭的野生资源已远远不能满足巨大的市场需求。近年来，夏枯草人工栽培工作已在各地开展起来，但在实际大田生产过程中发现夏枯草的出苗率及幼苗生长极易受到土壤干旱的危害。因此，提高干旱胁迫下夏枯草种子的发芽率与幼苗的成活率是提高夏枯草产量与质量的一个重要途径。

水杨酸(salicylicacid，SA)作为一种内源信号分子，广泛分布于植物体内，能够诱导植物对生物与非生物胁迫产生响应[2]。研究结果表明：SA在提高植物抗旱性[3]和抗盐性[4]等方面起着重要作用，在缓解植物逆境胁迫和提高作物产量方面应用前景非常广阔[5]。虽然国内外对药用植物夏枯草的化学成分[6]与种子质量标准[7]等方面进行了大量研究工作，但是有关外源SA浸种对干旱胁迫下夏枯草种子萌发特性的研究未见报道。因此，本研究以夏枯草种子为材料，研究外源SA对干旱胁迫下夏枯草种子萌发特性的影响，并探索缓解其干旱胁迫的最适SA浓度，以期为提高夏枯草的抗旱能力及产量提供理论依据。

1　试验

试验材料于2013年6月采自江苏省南京市青龙山，经鉴定为夏枯草小坚果(生产上习称“种子”)。水杨酸(SA)与聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG) 6000等试剂采用国产分析纯。

1.1试验设计

试验于2014年4月至8月进行。选取适量大小相对一致且饱满的夏枯草种子，在质量分数为0.1%HgCl2溶液中浸泡10min进行消毒，蒸馏水冲洗多次，用滤纸将种子表面水分吸干。然后，将种子平均分成7份，其中，1份为对照组，1份为干旱组，其他5份为不同浓度的SA浸种组，并分别放入7个培养皿中浸种12h。对照(CK)组、干旱(D)组用蒸馏水浸种处理，SA浸种组分别采用浓度为0.5mmol/L、1.0mmol/L、1.5mmol/L、2.0mmol/L和3.0mmol/L的SA溶液浸种处理。浸种结束后，随机选取种子并整齐摆放于铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿50粒种子，D组和SA组分别加入7mL0.2g/mLPEG6000溶液用于模拟干旱胁迫，CK组以蒸馏水培养作为对照进行发芽试验，每个处理4次重复。将培养皿置于21 ℃的光照培养箱(GXZ-280B型，宁波江南仪器制造厂)中进行培养，光照时间/黑暗时间：12h/12h。每天定时称质量并补充蒸馏水，使各培养皿中的干旱胁迫溶液浓度保持不变，每3d更换一次滤纸。

1.2指标测定

萌发处理后1～15d，以胚根长度≥1mm为发芽标准，统计发芽种子数。第15天测定幼苗鲜质量、苗高及胚根长度，每个处理测定20株幼苗，计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

2　数据处理

采用SPSS16.0中的One-WayANOVA对数据进行方差分析，并利用Duncan法进行多重比较。

不同浓度SA处理对干旱胁迫下夏枯草种子萌发特性的影响采用主成分分析与隶属函数法进行综合评价[8]。隶属函数计算公式如下：

R(Xj) = (Xj-Xmin) / (Xmax-Xmin)，

其中：Xj为第j个综合指标；Xmin和Xmax分别为第j个综合指标的最小值和最大值。

3　结果和分析

3.1SA浸种对干旱胁迫下夏枯草种子发芽率和发芽势的影响

表1为SA浸种对干旱胁迫下夏枯草种子萌发特性的影响。由表1可看出：干旱胁迫显著降低了夏枯草种子的发芽率与发芽势，与CK组相比，D组处理种子的发芽率降低了48.40%，发芽势降低了60.77%。在0.5～2.0mmol/L的SA溶液处理下，夏枯草的发芽率与发芽势随SA浓度升高呈现逐渐增加的趋势；当SA处理浓度继续升高至3.0mmol/L时，夏枯草的发芽率与发芽势呈现降低趋势。0.5～3.0mmol/LSA的处理效果与D组处理相比，均达到显著效果，其中，1.0mmol/LSA与3.0mmol/LSA处理之间的差异未达显著水平；2.0mmol/LSA处理效果最好且显著高于其他SA处理，其发芽率和发芽势分别比D组处理提高了79.38%和109.80%。

表1　SA浸种对干旱胁迫下夏枯草种子萌发特性的影响

注：同一列不含相同字母者为差异显著(α<0.05)。

3.2SA浸种对干旱胁迫下夏枯草种子发芽指数和活力指数的影响

夏枯草种子的发芽指数和活力指数在干旱胁迫下显著下降(见表1)。与对照组相比，干旱胁迫组种子的发芽指数降低了60.01%，活力指数降低了86.20%。经过SA溶液浸种后夏枯草种子的发芽指数与活力指数表现为先升高后下降的特征，且各浓度SA溶液处理均显著高于干旱胁迫组处理。在2.0mmol/LSA处理下夏枯草的发芽指数与活力指数均达到最大，其发芽指数与活力指数分别比D组处理提高了89.55%与2.55倍，该浓度SA溶液处理在发芽指数上表现为显著高于其他浓度SA处理，在活力指数上除与 1.5mmol/LSA处理差异不显著外，与其他浓度SA处理相比达到显著水平。

3.3SA浸种对干旱胁迫下夏枯草幼苗的胚根长度、胚芽长度和鲜质量的影响

干旱胁迫显著降低夏枯草幼苗的胚根长度、胚芽长度和鲜质量(见表1)。与对照(CK)组处理相比，干旱(D)组处理幼苗胚根长度降低了65.44%，胚芽长度降低了41.00%，单株鲜质量降低了55.31%。不同浓度的SA浸种处理后，夏枯草幼苗胚根长度、胚芽长度与鲜质量均有不同程度的增加。随着SA浸种溶液浓度的升高，夏枯草幼苗的胚根长度、胚芽长度和鲜质量均在2.0mmol/LSA处理时达到最大值，然后均在 3.0mmol/LSA处理时下降。1.5mmol/LSA与2.0mmol/LSA处理在胚根长度与鲜质量指标上差异不显著，两者均显著高于其他浓度SA处理；在胚芽长度指标上2.0mmol/LSA处理显著高于0.5～1.5mmol/LSA处理，但与3.0mmol/LSA处理差异不显著。2.0mmol/LSA处理的胚根长度、胚芽长度与鲜质量分别比D组处理提高了87.04%、47.58%和20.09%，且其各指标值均高于其他浓度SA处理。

3.4SA缓解干旱胁迫下夏枯草种子萌发影响的综合评定

利用主成分分析对干旱胁迫下夏枯草种子萌发的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长度、胚芽长度和鲜质量进行综合评价，经计算可以得出：在第1主成分中，特征根是6.461，累积贡献率达到92.295%，符合特征根大于1及方差累计贡献率大于80%～85%的原则[9]，说明第1主成分可以反映原始7个单项指标的绝大多数信息，其余几个主成分可以略去不计。

主成分分析发现：第1主成分中，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长度、胚芽长度和鲜质量对应的系数分别为0.911、0.974、0.995、0.980、0.976、0.940、0.911。通过计算，可以得出主成分表达式如下(x1～x7分别代表发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长度、胚芽长度和鲜质量7个变量)：

F1=0.358x1+0.383x2+0.391x3+0.386x4+0.384x5+0.370x6+0.358x7。

根据主成分表达式各指标权重值的大小，可以得出干旱胁迫下各指标的重要性，权重值越大则该指标重要性越大。权重值由大到小依次为：发芽指数、活力指数、胚根长度、发芽势、胚芽长度、鲜质量、发芽率。依据主成分表达式计算出CK组、D组、0.5mmol/LSA、1.0mmol/LSA、1.5mmol/LSA、2.0mmol/LSA和3.0mmol/LSA处理的得分分别为4.720，-3.065，-1.850，-0.665，0.541，1.271和-0.952，根据各指标得分值的大小可知，不同浓度SA溶液浸种处理对干旱胁迫下夏枯草萌发的缓解能力由强到弱依次为:2.0mmol/L>1.5mmol/L>1.0mmol/L>3.0mmol/L>0.5mmol/L。

求得不同处理下夏枯草种子7个指标的隶属函数值，根据主成分表达式按权重值计算出各处理的综合评定值，见表 2。

表2　SA浸种对干旱胁迫下夏枯草种子萌发影响的隶属函数值

由表2可知：SA溶液浸种处理对干旱胁迫下夏枯草种子萌发特性的影响由强到弱依次为：2.0mmol/L>1.5mmol/L>1.0mmol/L>3.0mmol/L>0.5mmol/L。对照(CK)组处理的综合评定值最大，干旱(D)组处理综合评定值最小。说明在无干旱胁迫环境下，夏枯草种子的萌发效果最好，而 0.2g/mLPEG6000模拟干旱胁迫严重抑制夏枯草种子的萌发，夏枯草种子萌发容易受到干旱胁迫的危害。SA溶液浸种处理效果低于CK，但高于D处理，因SA浓度不同而表现出不同程度的促进作用，在SA浓度为2.0mmol/L时缓解作用最强。分析结果表明：主成分综合得分法与隶属函数综合评定得到的结果一致。

4　讨论

中国的干旱及半干旱地区占国土面积的52.5%，即使在相对湿润的西南地区，一些频繁出现的极端天气事件也使得干旱发生的区域逐渐变大，频率和强度不断增强[10-11]，干旱逐渐成为影响农业生产的一个重要问题。干旱胁迫会显著地抑制作物种子萌发，在生产上早期土壤干旱常常严重影响作物种子正常萌发及幼苗生长[12]，因此提高种子萌发阶段的抗旱能力，对于减缓干旱胁迫产生的不利影响，提高后期作物的产量和品质具有重要意义。本研究结果表明：干旱胁迫下夏枯草种子的发芽率等萌发指标和胚根长度等幼苗生长指标显著低于对照组，类似的结果也出现在野生龙葵[13]与糜子[14]等植物上。

SA具有传递内源信号的作用，可以提高种子与幼苗在逆境下萌发与生长的能力[15]。本研究中，SA浸种处理可以有效缓解水分亏缺对夏枯草种子萌发、幼苗生长的抑制作用，提高种子发芽能力和幼苗的生长指标。SA可以提高植物干旱胁迫下种子萌发与幼苗生长的原因可能在于：它能够提高植物种子内的抗氧化酶与α-淀粉酶的活性，增加脯氨酸等渗透调节物质的积累，保持膜具有正常的渗透压，维持膜的结构与功能的完整，促进植物体内源生长素和赤霉素等激素的含量，从而提高种子在干旱胁迫下的萌发能力[15-16]。

适宜浓度的SA能够促进早熟禾种子的萌发、提高幼苗的抗旱性[17]。在本研究中，较低浓度(0.5～2.0mmol/L)SA可以提高干旱胁迫下夏枯草的发芽率等萌发指标，随着SA浓度升高其缓解效果也随之增加，以2.0mmol/LSA缓解效果最佳，而在较高浓度(3.0mmol/L)SA处理下，SA的缓解作用则下降。本研究结果与文献[13,18]的结果相一致，但SA最佳浓度有所不同，这可能是处理方式和不同的植物材料对SA处理浓度的敏感性等存在差异所致。在3.0mmol/LSA浓度处理下缓解作用下降，原因可能在于较高浓度的SA与PEG胁迫下，反而加重了渗透胁迫，影响酶活性及种子吸水，从而影响夏枯草种子萌发[18]。

鉴于单一指标与单一方法在评价植物抗旱性方面可能存在的片面性及局限性，本文采用主成分分析与隶属函数两种方法对干旱胁迫下夏枯草种子萌发的7个指标进行综合评价，从而提高抗旱评价结果的准确性与科学性。本文研究结果表明：采用主成分分析与隶属函数分析进行综合评价，两种方法得出一致的结论，即不同浓度的SA浸种处理对提高干旱胁迫下夏枯草种子萌发的能力为2.0mmol/L>1.5mmol/L>1.0mmol/L>3.0mmol/L>0.5mmol/LSA处理，2.0mmol/LSA浸种对夏枯草种子萌发、幼苗生长的促进效果在各SA处理中表现最佳。

SA对干旱胁迫下夏枯草种子的活力指数提高幅度最大，2.0mmol/LSA浸种处理下的活力指数与发芽势比D处理增加了2.55倍与109.80%；然后是胚根长度与发芽指数，分别比D处理增加了87.04%与89.55%；对胚芽长度与鲜质量的影响最小，只比D处理增加了47.58%与20.09%，说明经SA处理后夏枯草种子的萌发数量得以增加，在提高种子萌发能力的同时，幼苗的胚根长度、胚芽长度及鲜质量也均高于干旱胁迫对照。在本研究中，SA处理可以显著提高干旱胁迫下夏枯草胚根的生长，这与文献[18]的研究结果一致。SA促进根系生长的原因可能在于：SA可以提高幼苗硝酸还原酶活性，降低脱落酸水平，同时增加内源细胞分裂素和生长素水平，从而对根系生长产生促进作用[19-20]。SA对于胚根长度的提高幅度显著大于对胚芽长度的提高幅度，原因可能是由于在SA提高夏枯草抗旱能力的情况下，胚根与胚芽相比具有较快的生长速度，从而表现出较大提高幅度[21]。

综合来说，本文研究条件下，2.0mmol/LSA浸种处理效果最好，该浓度处理能够显著促进夏枯草种子萌发与幼苗生长，可以作为提高药用植物夏枯草种子抗旱性的最适浸种浓度，至于SA浸种缓解干旱胁迫对种子萌发与幼苗生长影响的内在机制尚需进一步研究。

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国家自然科学基金项目(41301051);河南省科技攻关计划基金项目(162102110095);河南省高等学校重点科研基金项目(15A180037,16A220005);河南科技大学高级别培育基金项目(2015GJB029);河南科技大学博士科研启动基金项目(4024-13480054,4026-13480038);河南科技大学青年基金项目(4024-13350066,4026-13350041)

张利霞(1982-),女,河南荥阳人,博士,讲师,主要从事植物逆境生理研究.

2016-01-07

1672-6871(2016)06-0072-05

10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2016.06.015

R282.2

A