水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香植株鋅吸收及精油組分的影響

王丹　張亞楠　陳瑞瑩　歐廣文　肖艷輝

摘要：采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的方式，研究10 mg/L鋅處理下0、50、100、200、300 μmol/L水楊酸對(duì)茴香植株生長(zhǎng)、生理生化指標(biāo)、鋅含量及精油成分的影響。結(jié)果表明：在鋅脅迫下，200 μmol/L水楊酸顯著促進(jìn)茴香植株的生長(zhǎng)；在鋅脅迫下，不同水楊酸濃度處理不利于茴香植株地上部生物量的積累，對(duì)地下部生物量的積累也未見顯著影響，但會(huì)促進(jìn)茴香植株色素合成，提高茴香植株體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量，減弱SOD活性。在鋅脅迫下，一定濃度的水楊酸處理可促進(jìn)茴香植株地下部鋅吸收，且100 μmol/L水楊酸處理顯著高于對(duì)照；300 μmol/L水楊酸處理的地上部鋅含量顯著低于對(duì)照。在鋅脅迫下，不同濃度水楊酸處理茴香植株后，有利于檸檬烯含量的升高，但不利于反式-茴香腦的累積。

關(guān)鍵詞：茴香；水楊酸；生理指標(biāo)；鋅含量；精油；組分；品質(zhì)

中圖分類號(hào)： Q945.78；S573+.301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0316-04

Zn是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中必需的營(yíng)養(yǎng)元素，環(huán)境中缺少Zn，植物便不能正常生長(zhǎng)。但近年來，隨著有機(jī)肥和城市垃圾的施入，土壤中Zn等元素不斷積累，全量增高[1]。當(dāng)土壤中Zn含量過高時(shí)，植物會(huì)吸收、積累過量的Zn，從而導(dǎo)致植物減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)造成絕收。不同濃度的鋅處理也會(huì)影響植物的次生代謝。隨著鋅濃度的升高，蘆薈苷、蘆薈大黃素含量升高，但鋅濃度超過一定值時(shí)，蘆薈苷、蘆薈大黃素含量反而下降[2]。在一定濃度（10 mg/L）鋅的脅迫下，茴香植株精油中的主要成分反式-茴香腦含量顯著高于對(duì)照[3]。

水楊酸（SA）是植物體內(nèi)自身合成的酚類化合物，它能參與調(diào)節(jié)植物的許多生理過程。近年來的研究結(jié)果表明，水楊酸可緩解鋅對(duì)植物的毒害作用。在300 mg/L鋅脅迫下，小麥幼苗葉片的可溶性蛋白含量、根系活力顯著降低，而脯氨酸和丙二醛含量顯著升高；外施水楊酸能顯著提高小麥幼苗葉片的脯氨酸和可溶性蛋白含量，顯著增強(qiáng)根系活力，顯著降低膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛含量，并以14 mg/L 外源水楊酸緩解效果最好[4]。此外，水楊酸還會(huì)影響植物的次生代謝，可使萌發(fā)喜樹種子喜樹堿含量在初期下降、后期上升[5]。重金屬Pb的毒害能抑制迷迭香揮發(fā)物中萜烯類的釋放，而外源水楊酸的參與則使迷迭香揮發(fā)物中的萜烯類增加[6]。

茴香作為一種芳香植物，植株中含有植物次生代謝產(chǎn)物精油。在水楊酸處理下，茴香植株對(duì)鋅的吸收量是增加還是減少以及水楊酸處理對(duì)茴香精油品質(zhì)的影響均未見報(bào)道。本試驗(yàn)以內(nèi)蒙古小茴香為材料，采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的方式，研究水楊酸對(duì)10 mg/L鋅脅迫下茴香植株生長(zhǎng)、鋅吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、精油組分的影響，從而為水楊酸在緩解植物鋅毒害方面的應(yīng)用和芳香植物次生代謝方面的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以內(nèi)蒙古小茴香（Foeniculum vulgare Mill.）為試驗(yàn)材料。茴香種子來源于中國(guó)茴香產(chǎn)區(qū)之一的內(nèi)蒙古托克托縣，種子生產(chǎn)時(shí)間為2012年。

1.2 試驗(yàn)方法

2013年10月21日于韶關(guān)學(xué)院塑料大棚中播種育苗。采用河沙作為育苗基質(zhì)，選取大小均勻、飽滿的茴香種子播于育苗盤中，為防止水分蒸發(fā)，育苗盤上覆蓋1層干草。11月15日，待茴香長(zhǎng)至2葉1心時(shí)選擇生長(zhǎng)健壯、大小一致、無病蟲害的植株移栽于水培箱（霍格蘭培養(yǎng)液，培養(yǎng)液30 L）的定植板上，每個(gè)水培箱培養(yǎng)24株茴香，確保茴香根系完全浸沒在營(yíng)養(yǎng)液中。培養(yǎng)茴香植株期間，使用空氣壓縮泵進(jìn)行不間斷供氧。每個(gè)培養(yǎng)箱均安裝2個(gè)通氣砂頭，以保證增氧均勻。茴香幼苗移栽初期使用1/2劑量的培養(yǎng)液培養(yǎng)，待緩苗15 d后換成全營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，以后每15 d換1次培養(yǎng)液。12月16日開始進(jìn)行鋅和水楊酸處理，其中鋅處理（以硫酸鋅形式加入）濃度為10 mg/L，水楊酸處理濃度分別為0 （CK）、50、100、200、300 μmol/L，2014年1月12日開始取樣測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)的測(cè)定與方法

每個(gè)處理分別隨機(jī)取樣10株，分別測(cè)定株高和葉片數(shù)；每個(gè)處理分別隨機(jī)取5株測(cè)定地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，并計(jì)算根冠比（地下部干質(zhì)量與地上部干質(zhì)量之比）。

葉片中葉綠素含量用比色法測(cè)定[7]；可溶性糖含量用蒽酮比色法測(cè)定[8]；可溶性蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[8]；POD和SOD活性采用試劑盒和分光光度計(jì)比色法。

用原子吸收分光光度計(jì)（型號(hào)為AA7000，島津）測(cè)定鋅的含量。測(cè)定Zn的儀器參數(shù)為：波長(zhǎng)213.9 nm，狹縫寬為07 nm，工作燈電流為3 mA，預(yù)熱燈電流為2 mA，負(fù)高壓為 300 V，燃?xì)饬髁繛?.0 L/min，燃燒器高度為6.0 mm，燃燒器位置為4.0 mm。

1.4 精油的提取與定量

精油提取按照國(guó)家藥典委員會(huì)推薦的方法[9]，并適當(dāng)改進(jìn)：茴香植株用水洗凈，吹干表面水跡，切成0.5 cm左右的小段，混勻，準(zhǔn)確稱質(zhì)量35 g，置于1 000 mL的圓底燒瓶中，加入600 mL的水，用揮發(fā)油測(cè)定器進(jìn)行共水蒸餾，微沸蒸餾 3 h；蒸餾時(shí)用2 mL正己烷（色譜純）萃?。徽麴s結(jié)束后，回收正己烷，用無水硫酸鈉干燥，過濾，每個(gè)處理蒸餾3次；精油的正己烷溶液用棕色瓶封裝，于-20 ℃下保存。

1.5 精油成分分析

在吳玫涵等方法[10]的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)：取茴香精油的正己烷溶液稀釋10倍，進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用儀（Gas Chromatograph / Mass Spectrometer，GC/MS）分析（Trace GC-2000/DSQ，Thermo Finnigan，USA）。GC條件：DB5石英毛細(xì)管柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）；載氣為高純氦（99.999%）；柱流量為1 mL/min，不分流；柱前壓100 kPa；進(jìn)樣口溫度為220 ℃；進(jìn)樣量為1 μL；程序升溫為柱溫40 ℃保持1 min，從10 ℃/min升高到200 ℃/min，保持3 min。MS條件：電離方式為EI；電子能量為70 eV；接口溫度為210 ℃；離子源溫度為200 ℃；流量掃描范圍為m/z 50～350；溶劑延遲4.0 min；發(fā)射電流為100 μA。在參考前人工作[11-13]的基礎(chǔ)上，計(jì)算成分的保留系數(shù)，同時(shí)結(jié)合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST，2002）標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行精油成分鑒定，使用色譜峰面積歸一法確定精油成分的相對(duì)含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次。endprint

1.6 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)采用SPSS軟件包進(jìn)行方差分析，用Duncans 新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香植株形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可以看出，在鋅脅迫下，不同濃度水楊酸處理的茴香植株株高均高于對(duì)照，但僅200 μmol/L水楊酸處理與對(duì)照差異顯著。不同濃度水楊酸處理的茴香植株葉片數(shù)與對(duì)照差異均不顯著，但100 μmol/L水楊酸與300 μmol/L水楊酸處理的茴香植株葉片數(shù)差異顯著。

2.2 不同濃度水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香植株生物量的影響

由表2可以看出，在鋅脅迫下，用不同濃度的水楊酸處理后，茴香植株的地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量幾乎均低于對(duì)照，其中50、200 μmol/L水楊酸處理與對(duì)照差異顯著；茴香植株地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量與對(duì)照差異均不顯著；根冠比高于或等于對(duì)照，且50、200 μmol/L水楊酸處理顯著高于對(duì)照。

2.3 不同濃度水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香葉片色素含量的影響

由表3可以看出，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理的茴香植株色素含量均高于對(duì)照，其中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均顯著高于對(duì)照；隨著水楊酸處理濃度的增加，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量大致呈先降低再升高的趨勢(shì)，100 μmol/L水楊酸處理顯著低于其余濃度處理；僅50 μmol/L水楊酸處理的類胡蘿卜素含量與對(duì)照差異不顯著，其余處理的類胡蘿卜素含量均顯著高于對(duì)照；各濃度水楊酸處理葉綠素a/ b均低于對(duì)照，僅100 μmol/L水楊酸處理與對(duì)照差異不顯著。

2.4 不同濃度水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香植株生理生化指標(biāo)的影響

由表4可以看出，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理的茴香植株的可溶性蛋白質(zhì)含量均高于對(duì)照，僅300 μmol/L水楊酸處理與對(duì)照差異不顯著；各濃度水楊酸處理的可溶性糖含量均顯著高于對(duì)照，且隨著水楊酸濃度的增加，可溶性糖含量呈先下降再上升的趨勢(shì)；各濃度水楊酸處理的POD活性均弱于對(duì)照，但僅100 μmol/L水楊酸處理與對(duì)照差異顯著；各濃度水楊酸處理的SOD活性均顯著弱于對(duì)照。

2.5 不同濃度水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香植株地上部和地下部鋅含量的影響

由表5可以看出，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理后的茴香植株地上部鋅含量均低于對(duì)照，但僅300 μmol/L水楊酸處理顯著低于對(duì)照；地下部鋅含量均高于對(duì)照，但僅100 μmol/L水楊酸處理與對(duì)照差異顯著。

2.6 不同濃度水楊酸對(duì)鋅脅迫下茴香精油組分的影響

由表6可以看出，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理茴香植株后，茴香精油中相對(duì)含量大于1%的成分主要有α-水芹烯、檸檬烯、α-萜品烯、萜品油烯、順式-茴香腦、反式-茴香腦、肉豆蔻醚和蒔蘿芹菜腦，其中反式-茴香腦為第一主要成分，檸檬烯為第二主要成分。各處理的檸檬烯含量均顯著高于對(duì)照，以200 μmol/L處理最高；各處理的反式-茴香腦含量均顯著低于對(duì)照，并以200 μmol/L處理最低。

按照分子結(jié)構(gòu)，茴香精油成分可分為三大類，即單萜類化合物、含氧化合物和倍半萜類化合物，其中單萜類化合物包括α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯、α-萜品烯、檸檬烯、γ-萜品烯、萜品油烯和3，4-二甲基-2，4，6-辛三烯；含氧化合物包括小茴香酮、愛草腦、葑醇乙酸酯、反式-葑酮乙酸酯、順式-茴香腦、反式-茴香腦、蒔蘿芹菜腦；倍半萜類化合物包括古巴烯、合金歡烯和吉瑪烯D。在鋅脅迫下，隨水楊酸濃度的增加，含氧化合物與反式-茴香腦含量變化趨勢(shì)一致，倍半萜類呈先增加再降低的趨勢(shì)，并以200 μmol/L水楊酸處理最高。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，一定濃度（200 μmol/L）水楊酸處理可以緩解10 mg/L鋅脅迫對(duì)茴香植株生長(zhǎng)的抑制作用；不同濃度水楊酸處理不利于茴香植株地上部生物量的積累，對(duì)地下部生物量的累積沒有顯著影響。一定濃度的水楊酸處理可提高根冠比。

葉綠體色素參與光合作用過程中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，其含量直接影響植物的光合能力[14]。根據(jù)本研究結(jié)果，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理的茴香植株各色素含量均高于對(duì)照，并以50 μmol/L水楊酸處理的葉綠素合成促進(jìn)效果最明顯，說明在鋅脅迫下，不同濃度水楊酸處理可促進(jìn)茴香植株色素合成。這與張芬琴等在水楊酸對(duì)鎘脅迫下玉米幼苗生理特性的研究結(jié)果[15]一致。

在鋅脅迫下，不同濃度水楊酸處理能提高茴香植株可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖的含量，減弱SOD的活性，該研究結(jié)果與宿越等的研究結(jié)果[16]一致。不同濃度水楊酸處理并未顯著增加茴香植株地上部對(duì)鋅的吸收，且300 μmol/L水楊酸處理顯著低于對(duì)照；茴香植株地下部鋅含量?jī)H以100 μmol/L水楊酸處理顯著高于對(duì)照，且鋅主要累積在茴香植株的地下部，這對(duì)利用茴香植株來修復(fù)鋅污染土壤時(shí)， 適當(dāng)施用一定濃度 茴香精油中反式-茴香腦的含量是反映茴香精油品質(zhì)的主要指標(biāo)，反式-茴香腦含量高表明精油品質(zhì)好。本研究結(jié)果表明，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理茴香植株后，茴香精油的主要成分反式-茴香腦含量均顯著低于對(duì)照，檸檬烯含量均顯著高于對(duì)照。說明在鋅脅迫下，不同濃度水楊酸處理有利于檸檬烯的合成，不利于反式-茴香腦的合成。因此，在鋅脅迫下，用不同濃度水楊酸處理茴香植株后，茴香精油品質(zhì)會(huì)變差。

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