盐旱交叉胁迫对黄芩幼苗生长及渗透调节物质的影响

李小玲，华智锐，唐梦君

(商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

黄芩(Sctellariabaicalensis)，别名山茶根、土金茶根，为唇形科(Lamiaceae)黄芩属多年生草本植物，根肉质肥厚，入药用味苦、性寒，具有清热燥湿、泻火解毒、止血、安胎等功效。黄芩适应性很强，常生于温良、半湿润、半干旱环境[1]。黄芩作为商洛的五大药材之一，随着中医药现代化的不断发展，全球范围内对于黄芩中药材的需求量不断增加，因此，使用的黄芩药材主要源于人工栽培，但不合理的灌溉和耕作措施，使得土壤盐渍化程度日益加深，严重影响了黄芩的生长[2]。

当今世界，水资源短缺和土壤盐碱化已经严重影响种植业的发展以及生态环境的改善[3]。在我国大部分黄芩产区，黄芩生长过程均会遇到不同程度的干旱胁迫，干湿变化使得地下水水位上升，土壤中盐分大量积累，严重影响了黄芩正常的代谢途径，造成黄芩药用价值的降低[1]。在逆境胁迫条件下，植物受到胁迫的环境因子往往不止一种，干旱胁迫和盐胁迫不但在发生上有关联，而且都是通过降低土壤水势使植物细胞失水直至死亡，因此研究植物对两个或多个环境因子交叉胁迫的生理响应至关重要[4]。

目前，对黄芩在逆境胁迫环境下变化规律的研究仍以单一因素的盐胁迫或干旱胁迫为主，盐旱交叉双重因素胁迫对黄芩生长及渗透调节物质影响的研究尚未见报道。国外在盐旱交叉胁迫方面的研究也是极其稀少[5-6]。我国目前有关盐旱互作关系及其对植物渗透调节机制的研究主要以玉米[7]、银沙槐[8]、怪柳[9]等植物为研究对象。近年来，一些学者在探讨水分胁迫与黄芩生长关系方面开展了卓有成效的研究工作，而关于黄芩对盐旱交叉胁迫的生理生态响应机制尚缺乏较为全面系统的研究。邵玺文等[10]研究了不同施水量对黄芩干物质积累与分配的影响，模拟4种不同施水量处理，测定黄芩生长形态与各器官生物量，结果表明过多或过少的施水量都不利于黄芩各器官生物量的积累，且施水不足的情况下地上部分影响大于地下部分，在年降水量321～450、250～350 mm下，黄芩地上与地下部分生长协调且生物量积累最多。李世等[11]研究了一年生黄芩地上地下干物质积累与分配规律，发现黄芩在生长前期与中期以地上生长为主，当地上茎叶停止生长时，地上合成和积累的有机物才转运至根部，黄芩干物质才开始积累。刘金花等[12]研究了水分胁迫对黄芩植株生理生化指标的影响，通过叶片含水量、比叶重和叶绿素含量的比较，以及渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖含量的变化，表明适度干旱有利于黄芩次生代谢物质的增加。

植物在受到逆境胁迫时，渗透调节是其重要的调节途径。通过相关渗透调节物质含量的变化降低细胞渗透势，维持细胞内外的压力平衡，使植物进行正常的生理活动[13]。为此，本研究以商洛道地药材黄芩为试材，采用盆栽试验研究盐旱交叉胁迫对黄芩生长及相关渗透调节物质的影响，为黄芩生产及其产量提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黄芩幼苗购自商洛天士力药源种植基地。

1.2 试验方法

1.2.1 黄芩幼苗的初期培养 选取30株生长健壮、大小均匀的一年生黄芩幼苗栽于塑料花盆内，土壤为沙壤土，每个花盆3株，共10个花盆(底部带有托盘)，置于室外预培养。

1.2.2 黄芩幼苗的盐旱交叉胁迫处理 待黄芩缓苗期结束，取浓度为0.3%(轻度盐胁迫)、0.6%(中度盐胁迫)、0.9%(重度盐胁迫)的盐溶液分别与55%～60%含水量(轻度干旱胁迫)、40%～45%含水量(中度干旱胁迫)、30%～35%含水量(重度干旱胁迫)交叉结合对黄芩幼苗进行胁迫处理(表1)，自2018年4月27日起，每4 d浇灌盐溶液1次，每次500 mL，同时以蒸馏水为对照(CK)；每日中午12:00时对各盆进行称重，对缺水量进行补充。处理20 d后测定各项生长及相关渗透调节物质指标，3次重复，每次处理1株苗。

表1 盐旱交叉胁迫试验设计

1.2.3 黄芩各处理加水后应达到的重量 表2中各个处理每盆中装入干土的重量相等，都为3000 g，塑料盆采用两个规格的型号。加入的水量根据不同的处理分别计算得出[14]，计算公式如下：加水量=干土量×0.261×土壤相对含水量。

表2 盆栽黄芩每日处理应达到的重量

1.3 测定指标及方法

分别采取每株黄芩相同部位的成熟叶片进行相关指标的测定。

1.3.1 生长指标的测定 株高：用直尺测量黄芩苗株高[15](黄芩根茎部到主茎顶部之间的距离)；主根长：用直尺测量黄芩主根长(黄芩根茎部到主根尖端的长度)；直径：用直尺测量黄芩根部的直径(黄芩根茎部下延0.5 cm范围之内任意部位的直径，重复3次)；地上、地下部分鲜重：用电子秤称取其质量。

1.3.2 相关渗透调节物质指标的测定 丙二醛含量的测定参照张志良等[16]的硫代巴比妥酸法；可溶性糖含量的测定参照李合生等[17]的苯酚法；可溶性蛋白含量的测定参照李合生等[17]的考马斯亮蓝G-250法。

1.4 数据处理

采用Excel 2010、SPSS 17.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐旱交叉胁迫对黄芩生长特性的影响

由表3可知：在轻度干旱胁迫下，随着盐胁迫程度的加深，黄芩叶片逐渐萎蔫、颜色[15]逐渐变浅；在中度干旱胁迫下，黄芩植株生长正常，随盐胁迫程度的加深，底部少量叶片变黄；在重度干旱胁迫下，黄芩随着盐胁迫程度的加深，叶片颜色逐渐变深，叶尖逐渐枯焦，有的叶片甚至脱落。在相同盐胁迫下，随着干旱胁迫程度的加深，株高[18]总体呈现先升高后下降的趋势；在相同干旱胁迫下，随着盐胁迫程度的加深，株高呈逐渐下降的趋势。在中度干旱胁迫下，株高与对照(CK)相比均增高，增幅分别为7.0%、5.0%和4.5%，但与中度、重度盐交叉胁迫下相比未出现显著性差异(P>0.05)。在轻度干旱与轻度、中度、重度盐交叉胁迫下，黄芩株高与CK相比均下降，分别下降了6.5%、9.0%和8.5%，且与CK均形成显著差异；在重度干旱与轻度、中度、重度盐交叉胁迫下，黄芩株高与CK相比均降低，与CK形成显著差异(P<0.05)的同时分别下降了11.5%、12.5%和14.5%。通过增幅的对比，黄芩株高在重度干旱条件下更易受影响，地上部分鲜重与株高呈现正相关的变化，说明中度干旱与轻度盐胁迫更适合黄芩生长，而重度盐旱交叉胁迫对黄芩的伤害最大。主根直径与CK相比，差异不显著。随着干旱程度的加深，黄芩主根长逐渐减小。在轻度干旱胁迫与轻度、中度、重度盐交叉胁迫下，黄芩主根长与CK相比分别下降了3.96%、7.93%和6.17%，且与中度、重度盐胁迫形成显著差异；在中度干旱与轻度、中度、重度盐交叉胁迫下，主根长与CK相比均下降，分别下降了13.2%、13.7%和15.0%，且与CK均形成显著性差异；在重度干旱胁迫下随着盐胁迫程度的加深，根长度与CK相比分别下降了16.7%、18.5%和21.6%，且均与CK形成显著性差异。根据增幅的比较，黄芩主根长在重度干旱条件下更容易受伤害，且与重度盐交叉胁迫下主根长最短。地下部分鲜重与黄芩主根长呈正相关，根的增长或减少可以直观反映植株是否生长，而地下部分鲜重可以进一步反映其有机成分的积累。

表3 不同盐旱胁迫下黄芩幼苗的生长指标变化

2.2 盐旱交叉胁迫对黄芩叶片丙二醛(MDA)含量的影响

由图1可知，随着干旱、盐交叉胁迫程度的加深，黄芩叶片丙二醛(MDA)含量总体呈上升趋势，且在重度盐旱交叉胁迫下含量达到最大，为11.684 μmol/g，与对照(CK)差异显著(P<0.05)。在轻度盐胁迫下，随着干旱胁迫程度的不断加深，MDA含量上升趋势最为平缓，与CK相比，增幅分别为3.88%、14.30%、77.26%，均与对照形成显著性差异。在中度盐胁迫下，黄芩叶片MDA含量逐渐上升，上升幅度与CK形成了显著性差异，增幅分别为6.52%、21.10%、114.30%。在重度盐胁迫下，随着干旱胁迫程度的不断加剧，黄芩叶片MDA含量上升趋势最为急剧，与CK形成了显著性差异，增幅分别为9.24%、32.99%、151.59%。通过相同盐与不同干旱交叉胁迫下的数据对比，黄芩叶片MDA含量在重度干旱胁迫条件下都达到最大，说明黄芩在重度干旱胁迫下受伤害程度最深。

图1 不同盐旱胁迫下黄芩叶片丙二醛(MDA)含量的变化

2.3 盐旱交叉胁迫对黄芩叶片可溶性糖含量的影响

由图 2可知，随着干旱、盐交叉胁迫程度的加深，黄芩叶片可溶性糖含量呈上升趋势。在相同盐胁迫下，随着干旱胁迫程度的加深，轻度干旱胁迫下的黄芩叶片可溶性糖含量呈缓慢上升趋势，而在中度、重度干旱胁迫下，叶片可溶性糖含量的增加趋势更为急剧且在重度干旱胁迫下可溶性糖含量达到21.82%，与对照(CK)差异显著(P<0.05)。在重度盐胁迫下，随着干旱胁迫程度的加深，可溶性糖含量与CK相比，增幅分别为130.18%、142.46%、155.20%，且均与CK形成显著性差异；在重度干旱胁迫下，随着盐胁迫程度的加深，可溶性糖含量与CK相比，增幅分别为11.13%、12.18%、13.72%。对比黄芩叶片可溶性糖含量在重度盐与重度干旱胁迫下的表现，黄芩叶片对于干旱胁迫更为敏感。

图2 盐旱交叉胁迫下黄芩叶片可溶性糖含量的变化

2.4 盐旱交叉胁迫对黄芩叶片可溶性蛋白含量的影响

如图 3所示，随着盐、干旱交叉胁迫程度的加深，黄芩叶片可溶性蛋白含量总体呈先上升后下降的趋势，与对照(CK)相比，在轻度盐胁迫与轻度、中度干旱交叉胁迫下，可溶性蛋白含量高于CK，增幅分别为12.89%、8.59%；在与重度干旱交叉胁迫下，可溶性蛋白含量与CK相比减少了12.5%，且与CK都形成显著性差异(P<0.05)。在中度盐与轻度、中度、重度干旱交叉胁迫下，可溶性蛋白含量都高于CK且在与轻度干旱交叉胁迫下可溶性蛋白含量达到最大，增幅分别为41.80%、15.63%和0.39%；由增幅看出，黄芩叶片可溶性蛋白含量在中度盐与轻度、中度干旱交叉胁迫下与CK形成显著性差异，而与重度干旱交叉胁迫下未出现显著性差异(P>0.05)。在重度盐与轻度干旱交叉胁迫下，可溶性蛋白含量高于CK，增幅为40.23%，而与中度、重度干旱交叉胁迫下，可溶性蛋白含量呈下降趋势，分别降低了1.95%、19.53%；差异显著性分析结果表明，重度盐与中度干旱交叉胁迫下未出现显著性差异。

3 讨论与结论

植物对水分的需求与植物本身地上、地下部分的外部形态特征、生长状况及生态条件密切相关[14]。不同的水分处理对黄芩生长发育和有效成分积累有显著影响。黄芩最有价值的药材部位是根，根部负责吸收土壤中的水分与营养成分供叶片生长，叶片则将光合作用积累的有机物质转运至根部增加药效成分。因此，土壤作为可以控制的因素，起到了关键性作用，所以合适的土壤水盐含量对黄芩的生长至关重要。本研究表明，盐旱交叉胁迫下，黄芩的生长会随着胁迫程度的加深而减弱，在轻度和重度干旱胁迫下，随着盐胁迫程度的加深，黄芩植株呈现病态生长，最明显的变化是叶片颜色的加深与变色，有的叶片甚至焦枯，不利于光合作用，同时株高、地上部分鲜重都明显下降；在中度干旱胁迫下，随着盐胁迫程度的加深，植株长势良好，株高、地上部分鲜重出现增长趋势。根尖是根最主要的部分，由根冠、分生区、伸长区、成熟区四部分组成，随着盐旱交叉胁迫程度的加深，根系细胞外渗透压远大于细胞内部，导致细胞失水皱缩，过度的盐旱交叉甚至会导致细胞死亡，因此，主根长、地下部分鲜重都降低。根直径未发生明显改变，这与赵胜楠等[19]的研究结果一致。

丙二醛(MDA)作为膜质过氧化的主要产物，对细胞有毒害作用，能够破坏细胞膜的结构与功能[20-21]；丙二醛积累越多表明组织的受害程度越深，保护能力越弱[22-23]。本研究表明，黄芩叶片丙二醛(MDA)含量在重度盐旱交叉胁迫下达到最大，此时叶片已开始脱落，说明该土壤环境对细胞膜的伤害最为严重；在中度干旱胁迫下，MDA含量随盐浓度增加而升高，但此时黄芩植株长势良好，光合作用正常进行，地上部分鲜重与对照(CK)相比呈增长状态，说明丙二醛的积累在一定程度上缓解了盐旱交叉逆境对黄芩的伤害，这与王兴顺等[24]的研究结果一致。

可溶性糖包括葡萄糖、果糖、蔗糖，能够协调植物细胞膜和原生质体之间的平衡。逆境下积累大量的可溶性糖，有利于细胞从外界水势降低的介质中继续吸水，从而维持细胞内外正常的渗透压，提高抗逆性[13]。刘艳等[25]研究了干旱胁迫对甘草生长和渗透调节物质的影响，表明可溶性糖可能分别是甘草根、叶获得渗透调节能力的重要渗透调节物质。本研究表明，在盐旱交叉胁迫下，黄芩叶片可溶性糖含量随着胁迫程度的加剧而逐渐升高，通过重度干旱胁迫下随盐浓度增加可溶性糖的含量与重度盐胁迫下随干旱程度增加可溶性糖的含量比较说明，黄芩叶片细胞膜更易受干旱胁迫的伤害，细胞内外水势不一造成叶片焦枯、变色甚至脱落；而中度干旱与轻度盐交叉胁迫下，黄芩与对照(CK)相比长势良好，说明可溶性糖的积累对该环境下黄芩的生长起到了促进作用，这与高荣嵘等[26-27]的研究结果一致。

可溶性蛋白是一种亲水胶体，可影响细胞的保水力，使细胞维持正常的渗透势，减少因水分缺失而带来的伤害[13]。刘建新等[28]的研究表明随着土壤含盐量的增加，燕麦叶片可溶性蛋白含量下降，说明适量的土壤含盐量可通过可溶性蛋白含量的变化来缓解干旱胁迫对燕麦幼苗生长的抑制。本研究表明，随着盐旱胁迫程度的加深，黄芩可溶性蛋白含量先上升后下降，在轻度与中度盐旱交叉胁迫下，黄芩叶片可溶性蛋白含量上升，使细胞在该胁迫下保持渗透平衡；而在重度干旱与任意盐交叉胁迫下，黄芩可溶性蛋白含量下降，这可能是该胁迫下植物体内蛋白质合成受阻，分解加速，分解成的各种氨基酸通过降低叶片水势来减轻黄芩的受害程度。这与王胜等[29]的研究结果一致。

综上所述，适当的盐旱交叉胁迫，能使抗氧化系统增强，提高植物对逆境的适应能力。本研究使用不同浓度NaCl溶液与不同的土壤含水量交叉处理一年生黄芩幼苗，结果表明，丙二醛(MDA)、可溶性糖含量随盐旱交叉胁迫程度加深逐渐上升，可溶性蛋白含量随盐旱交叉胁迫程度加深逐渐下降，通过这些指标含量的变化，缓解了黄芩受害程度，结合黄芩生长特性的变化，中度干旱与轻度盐交叉胁迫下，黄芩仍能正常生长。目前，本试验仅对黄芩盆栽苗的抗逆性开展了相关的研究，而对于大田栽培中黄芩苗的抗逆性还有待进一步研究。