水杨酸对锌胁迫下茴香植株锌吸收及精油组分的影响

王丹　张亚楠　陈瑞莹　欧广文　肖艳辉

摘要：采用营养液培养的方式，研究10 mg/L锌处理下0、50、100、200、300 μmol/L水杨酸对茴香植株生长、生理生化指标、锌含量及精油成分的影响。结果表明：在锌胁迫下，200 μmol/L水杨酸显著促进茴香植株的生长；在锌胁迫下，不同水杨酸浓度处理不利于茴香植株地上部生物量的积累，对地下部生物量的积累也未见显著影响，但会促进茴香植株色素合成，提高茴香植株体内的可溶性蛋白质和可溶性糖含量，减弱SOD活性。在锌胁迫下，一定浓度的水杨酸处理可促进茴香植株地下部锌吸收，且100 μmol/L水杨酸处理显著高于对照；300 μmol/L水杨酸处理的地上部锌含量显著低于对照。在锌胁迫下，不同浓度水杨酸处理茴香植株后，有利于柠檬烯含量的升高，但不利于反式-茴香脑的累积。

关键词：茴香；水杨酸；生理指标；锌含量；精油；组分；品质

中图分类号： Q945.78；S573+.301 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0316-04

Zn是植物生长发育过程中必需的营养元素，环境中缺少Zn，植物便不能正常生长。但近年来，随着有机肥和城市垃圾的施入，土壤中Zn等元素不断积累，全量增高[1]。当土壤中Zn含量过高时，植物会吸收、积累过量的Zn，从而导致植物减产，严重时造成绝收。不同浓度的锌处理也会影响植物的次生代谢。随着锌浓度的升高，芦荟苷、芦荟大黄素含量升高，但锌浓度超过一定值时，芦荟苷、芦荟大黄素含量反而下降[2]。在一定浓度（10 mg/L）锌的胁迫下，茴香植株精油中的主要成分反式-茴香脑含量显著高于对照[3]。

水杨酸（SA）是植物体内自身合成的酚类化合物，它能参与调节植物的许多生理过程。近年来的研究结果表明，水杨酸可缓解锌对植物的毒害作用。在300 mg/L锌胁迫下，小麦幼苗叶片的可溶性蛋白含量、根系活力显著降低，而脯氨酸和丙二醛含量显著升高；外施水杨酸能显著提高小麦幼苗叶片的脯氨酸和可溶性蛋白含量，显著增强根系活力，显著降低膜脂过氧化产物丙二醛含量，并以14 mg/L 外源水杨酸缓解效果最好[4]。此外，水杨酸还会影响植物的次生代谢，可使萌发喜树种子喜树碱含量在初期下降、后期上升[5]。重金属Pb的毒害能抑制迷迭香挥发物中萜烯类的释放，而外源水杨酸的参与则使迷迭香挥发物中的萜烯类增加[6]。

茴香作为一种芳香植物，植株中含有植物次生代谢产物精油。在水杨酸处理下，茴香植株对锌的吸收量是增加还是减少以及水杨酸处理对茴香精油品质的影响均未见报道。本试验以内蒙古小茴香为材料，采用营养液培养的方式，研究水杨酸对10 mg/L锌胁迫下茴香植株生长、锌吸收和运转状况、精油组分的影响，从而为水杨酸在缓解植物锌毒害方面的应用和芳香植物次生代谢方面的研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以内蒙古小茴香（Foeniculum vulgare Mill.）为试验材料。茴香种子来源于中国茴香产区之一的内蒙古托克托县，种子生产时间为2012年。

1.2 试验方法

2013年10月21日于韶关学院塑料大棚中播种育苗。采用河沙作为育苗基质，选取大小均匀、饱满的茴香种子播于育苗盘中，为防止水分蒸发，育苗盘上覆盖1层干草。11月15日，待茴香长至2叶1心时选择生长健壮、大小一致、无病虫害的植株移栽于水培箱（霍格兰培养液，培养液30 L）的定植板上，每个水培箱培养24株茴香，确保茴香根系完全浸没在营养液中。培养茴香植株期间，使用空气压缩泵进行不间断供氧。每个培养箱均安装2个通气砂头，以保证增氧均匀。茴香幼苗移栽初期使用1/2剂量的培养液培养，待缓苗15 d后换成全营养液进行培养，以后每15 d换1次培养液。12月16日开始进行锌和水杨酸处理，其中锌处理（以硫酸锌形式加入）浓度为10 mg/L，水杨酸处理浓度分别为0 （CK）、50、100、200、300 μmol/L，2014年1月12日开始取样测定各项指标。

1.3 指标的测定与方法

每个处理分别随机取样10株，分别测定株高和叶片数；每个处理分别随机取5株测定地上部鲜质量和干质量、地下部鲜质量和干质量，并计算根冠比（地下部干质量与地上部干质量之比）。

叶片中叶绿素含量用比色法测定[7]；可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[8]；可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝G-250法测定[8]；POD和SOD活性采用试剂盒和分光光度计比色法。

用原子吸收分光光度计（型号为AA7000，岛津）测定锌的含量。测定Zn的仪器参数为：波长213.9 nm，狭缝宽为07 nm，工作灯电流为3 mA，预热灯电流为2 mA，负高压为 300 V，燃气流量为1.0 L/min，燃烧器高度为6.0 mm，燃烧器位置为4.0 mm。

1.4 精油的提取与定量

精油提取按照国家药典委员会推荐的方法[9]，并适当改进：茴香植株用水洗净，吹干表面水迹，切成0.5 cm左右的小段，混匀，准确称质量35 g，置于1 000 mL的圆底烧瓶中，加入600 mL的水，用挥发油测定器进行共水蒸馏，微沸蒸馏 3 h；蒸馏时用2 mL正己烷（色谱纯）萃取；蒸馏结束后，回收正己烷，用无水硫酸钠干燥，过滤，每个处理蒸馏3次；精油的正己烷溶液用棕色瓶封装，于-20 ℃下保存。

1.5 精油成分分析

在吴玫涵等方法[10]的基础上进行适当改进：取茴香精油的正己烷溶液稀释10倍，进行气质联用仪（Gas Chromatograph / Mass Spectrometer，GC/MS）分析（Trace GC-2000/DSQ，Thermo Finnigan，USA）。GC条件：DB5石英毛细管柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）；载气为高纯氦（99.999%）；柱流量为1 mL/min，不分流；柱前压100 kPa；进样口温度为220 ℃；进样量为1 μL；程序升温为柱温40 ℃保持1 min，从10 ℃/min升高到200 ℃/min，保持3 min。MS条件：电离方式为EI；电子能量为70 eV；接口温度为210 ℃；离子源温度为200 ℃；流量扫描范围为m/z 50～350；溶剂延迟4.0 min；发射电流为100 μA。在参考前人工作[11-13]的基础上，计算成分的保留系数，同时结合美国标准与技术研究院（NIST，2002）标准谱库进行精油成分鉴定，使用色谱峰面积归一法确定精油成分的相对含量，每个样品重复3次。endprint

1.6 数据分析

所得数据采用SPSS软件包进行方差分析，用Duncans 新复极差法进行平均数的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度水杨酸对锌胁迫下茴香植株形态指标的影响

由表1可以看出，在锌胁迫下，不同浓度水杨酸处理的茴香植株株高均高于对照，但仅200 μmol/L水杨酸处理与对照差异显著。不同浓度水杨酸处理的茴香植株叶片数与对照差异均不显著，但100 μmol/L水杨酸与300 μmol/L水杨酸处理的茴香植株叶片数差异显著。

2.2 不同浓度水杨酸对锌胁迫下茴香植株生物量的影响

由表2可以看出，在锌胁迫下，用不同浓度的水杨酸处理后，茴香植株的地上部鲜质量和干质量几乎均低于对照，其中50、200 μmol/L水杨酸处理与对照差异显著；茴香植株地下部鲜质量和干质量与对照差异均不显著；根冠比高于或等于对照，且50、200 μmol/L水杨酸处理显著高于对照。

2.3 不同浓度水杨酸对锌胁迫下茴香叶片色素含量的影响

由表3可以看出，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理的茴香植株色素含量均高于对照，其中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均显著高于对照；随着水杨酸处理浓度的增加，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量大致呈先降低再升高的趋势，100 μmol/L水杨酸处理显著低于其余浓度处理；仅50 μmol/L水杨酸处理的类胡萝卜素含量与对照差异不显著，其余处理的类胡萝卜素含量均显著高于对照；各浓度水杨酸处理叶绿素a/ b均低于对照，仅100 μmol/L水杨酸处理与对照差异不显著。

2.4 不同浓度水杨酸对锌胁迫下茴香植株生理生化指标的影响

由表4可以看出，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理的茴香植株的可溶性蛋白质含量均高于对照，仅300 μmol/L水杨酸处理与对照差异不显著；各浓度水杨酸处理的可溶性糖含量均显著高于对照，且随着水杨酸浓度的增加，可溶性糖含量呈先下降再上升的趋势；各浓度水杨酸处理的POD活性均弱于对照，但仅100 μmol/L水杨酸处理与对照差异显著；各浓度水杨酸处理的SOD活性均显著弱于对照。

2.5 不同浓度水杨酸对锌胁迫下茴香植株地上部和地下部锌含量的影响

由表5可以看出，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理后的茴香植株地上部锌含量均低于对照，但仅300 μmol/L水杨酸处理显著低于对照；地下部锌含量均高于对照，但仅100 μmol/L水杨酸处理与对照差异显著。

2.6 不同浓度水杨酸对锌胁迫下茴香精油组分的影响

由表6可以看出，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理茴香植株后，茴香精油中相对含量大于1%的成分主要有α-水芹烯、柠檬烯、α-萜品烯、萜品油烯、顺式-茴香脑、反式-茴香脑、肉豆蔻醚和莳萝芹菜脑，其中反式-茴香脑为第一主要成分，柠檬烯为第二主要成分。各处理的柠檬烯含量均显著高于对照，以200 μmol/L处理最高；各处理的反式-茴香脑含量均显著低于对照，并以200 μmol/L处理最低。

按照分子结构，茴香精油成分可分为三大类，即单萜类化合物、含氧化合物和倍半萜类化合物，其中单萜类化合物包括α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯、α-萜品烯、柠檬烯、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、爱草脑、葑醇乙酸酯、反式-葑酮乙酸酯、顺式-茴香脑、反式-茴香脑、莳萝芹菜脑；倍半萜类化合物包括古巴烯、合金欢烯和吉玛烯D。在锌胁迫下，随水杨酸浓度的增加，含氧化合物与反式-茴香脑含量变化趋势一致，倍半萜类呈先增加再降低的趋势，并以200 μmol/L水杨酸处理最高。

3 结论与讨论

本研究结果表明，一定浓度（200 μmol/L）水杨酸处理可以缓解10 mg/L锌胁迫对茴香植株生长的抑制作用；不同浓度水杨酸处理不利于茴香植株地上部生物量的积累，对地下部生物量的累积没有显著影响。一定浓度的水杨酸处理可提高根冠比。

叶绿体色素参与光合作用过程中光能的吸收、传递和转化，其含量直接影响植物的光合能力[14]。根据本研究结果，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理的茴香植株各色素含量均高于对照，并以50 μmol/L水杨酸处理的叶绿素合成促进效果最明显，说明在锌胁迫下，不同浓度水杨酸处理可促进茴香植株色素合成。这与张芬琴等在水杨酸对镉胁迫下玉米幼苗生理特性的研究结果[15]一致。

在锌胁迫下，不同浓度水杨酸处理能提高茴香植株可溶性蛋白质和可溶性糖的含量，减弱SOD的活性，该研究结果与宿越等的研究结果[16]一致。不同浓度水杨酸处理并未显著增加茴香植株地上部对锌的吸收，且300 μmol/L水杨酸处理显著低于对照；茴香植株地下部锌含量仅以100 μmol/L水杨酸处理显著高于对照，且锌主要累积在茴香植株的地下部，这对利用茴香植株来修复锌污染土壤时， 适当施用一定浓度 茴香精油中反式-茴香脑的含量是反映茴香精油品质的主要指标，反式-茴香脑含量高表明精油品质好。本研究结果表明，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理茴香植株后，茴香精油的主要成分反式-茴香脑含量均显著低于对照，柠檬烯含量均显著高于对照。说明在锌胁迫下，不同浓度水杨酸处理有利于柠檬烯的合成，不利于反式-茴香脑的合成。因此，在锌胁迫下，用不同浓度水杨酸处理茴香植株后，茴香精油品质会变差。

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