盐胁迫对千层金生理指标及精油含量和成分的影响

林永盛，桑洁丽，邱子文，尹冠文，林晓洁，吴少华,2，李永裕,2，杨 超,2*

1福建农林大学园艺学院；2福建农林大学园艺学院植物天然产物研究所，福州 350002

近年来，由于土壤盐渍化的问题日益严重，导致土壤中存在过量的Na+或Clˉ。全球20%以上的耕地受到盐胁迫的影响[1]。土壤盐渍化会对植物种子的萌发和生长，植株的光合作用、离子平衡和养分平衡等造成影响，从而导致植株无法正常生长[2]。因此，种植耐盐植物不仅是改善盐碱地生态环境的有效途径之一，且能促进畜牧业发展，提高盐碱地的经济效益[3]。Yao等[4]研究发现，一定浓度的复合盐配方可提高罗勒(OcimumbasilicumL.)的精油产量，但对其中6种主要精油成分没有显著影响。Feng等[5]研究发现盐胁迫虽然会导致紫枝玫瑰(RosarugosaThunb)精油中香气成分的含量降低，但会使精油中的香气成分增多。可见，适当的盐胁迫处理会对芳香植物的精油含量和精油成分造成不同程度的影响。

千层金(MelaleucabracteataF.Muell.)属于桃金娘科白千层属常绿乔木，不仅具有较为广泛的生存适应性，抗旱且耐盐碱，种植范围可从海南省到长江流域以南甚至更北的地区，还具备较高观赏价值，常作为沿海地区城市道路绿化使用[6,7]，千层金叶片中富含植物精油，香气浓郁，主要成分有醚类、酯类、烃类、酚类、醇类、醛类等，含量最高的成分为甲基丁香酚，精油活性显著[8]，具有杀螨活性和引诱实蝇属昆虫的功能[9]，且对狄克氏菌、金黄色葡萄球菌、假单胞菌等七种病原菌均有明显的抑制作用[10]。目前，国内外关于千层金盐碱胁迫、扦插育苗、水分胁迫等方面已有相关研究。Dunn等[11]在澳大利亚昆士兰东南部的盐碱地中探究了12种树种的种植表现，研究发现千层金具有较高的耐盐性，其耐受性可达1.5 dS/m盐度。Qiu等[12]研究表明当扦插基质为蛭石时，将千层金枝条在200 mg/L的生根剂中处理3 h后千层金的扦插效果最好。Hou等[13]研究发现千层金具有较强的干旱忍受能力，在干旱胁迫下能通过增加叶绿素含量来减轻干旱伤害，并且在极度干旱下植株也不会出现死亡。但关于千层金在盐碱地种植的生态适应性表现的报道较少，盐胁迫对千层金精油含量及成分的影响尚未明确。

为探究千层金在盐碱地的生长情况，本文通过设置不同盐浓度梯度，对千层金进行盐胁迫处理，旨在深入了解盐胁迫对千层金植株的生理指标以及精油含量和成分的影响，为千层金在盐碱地的种植和开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 植物材料

本试验所选用植物材料为二年生千层金扦插苗，种植于福建农林大学玻璃温室内。选取大小均一，长势一致，生长健壮，地上部分高约30～40 cm左右的幼苗进行不同浓度盐胁迫处理。

1.2 实验设计

采用100、200、300、400、500 mmol/L的NaCl对千层金进行一个月的盐胁迫处理，以非盐胁迫为对照组(CK)。每组5株，设置三个生物学重复，共90盆。每3天每盆浇200 mL的不同浓度的NaCl溶液[14]。

1.3 生理指标的测定

参考Zhang[15]的试验方法，采用乙醇提取法测定光合色素含量，磺基水杨酸法测定脯氨酸含量，硫代巴比妥酸法测定丙二醛含量，愈创木酚法测定POD活性，比色法测定CAT活性。

1.4 精油提取

参考Yang等[16]的试验方法，通过水蒸气蒸馏法提取千层金叶片的精油，称取50 g采摘的新鲜叶片，置于圆底蒸馏瓶内，加入350 mL蒸馏水，持续蒸馏2 h后收集器中的精油含量无明显变化，用离心管收集精油，再用无水硫酸钠干燥后计算精油提取率且得率符合《中国药典》规定，不同浓度NaCl处理重复三次，取平均值。

1.5 千层金叶片精油成分分析

将不同盐浓度处理下的千层金叶片精油用色谱甲醇进行稀释，采用Clarus®680+SQ8T型气相色谱-质谱联用仪分析不同处理组中的精油成分。利用NIST 2011在线质谱数据库检索，保留匹配度>700的挥发性物质，通过物质的CAS号以及化学名进行查询确定。其相对含量采用面积归一法加以分析。

1.6 数据分析

采用Spss statistics 17进行显著性差异分析；Excel 2007进行表格制作；Origin 2021进行绘图；通过NIST 2011在线质谱数据库核对质谱匹配度。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对千层金叶片光合色素含量的影响

如图1所示，在不同NaCl浓度处理下，千层金叶片中叶绿素a与叶绿素含量均低于对照组(CK)，叶绿素b含量在300 mmol/L NaCl处理时达到最大值。而类胡萝卜素含量则呈现先上升后下降的趋势。在100 mmol/L NaCl处理下，千层金叶片中叶绿素a与叶绿素b的比值达到最大值，与CK相比增长12.78%。有研究表明，叶绿素a/b的值越大则光合活性越强[17]。因此，千层金在100 mmol/L NaCl处理下光合活性最强。而在500 mmol/L浓度处理时，叶绿素含量和类胡萝卜素含量均达到最低，分别为CK的66.09%和73.84%。由此可见,高浓度的盐胁迫会降低千层金光合色素含量，影响其光合作用，进而影响植株生长。

2.2 盐胁迫对千层金脯氨酸含量的影响

由图2可知，脯氨酸含量呈先下降再上升的趋势。在100 mmol/L的NaCl处理下，千层金叶片中脯氨酸含量显著下降，与对照组(CK)相比减少28.08%。在200 mmol/L的NaCl处理下，脯氨酸含量显著升高(P<0.05)，与CK相比增加了27.59%；表明适宜的盐浓度可能更有利于千层金植株的生长。当NaCl浓度为300～500 mmol/L时，脯氨酸含量虽持续升高，但无显著性差异。在高浓度的NaCl处理下会导致植物叶片质膜透性增强，造成细胞失水。因此，在300～500 mmol/L NaCl处理下，千层金叶片细胞内可能积累大量脯氨酸等渗透调节物质，防止水分流失，以维持植株正常生长。

图1 不同NaCl浓度下千层金叶片光合色素含量Fig.1 Content of photosynthetic pigment in leaves of M.bracteata under different NaCl concentrations注：不同小写字母代表差异显著，P<0.05，下同。Note:Different lowercase letters indicated significant differences at P<0.05 level,the same below.

图2 不同NaCl浓度下千层金叶片脯氨酸含量Fig.2 Proline content in leaves of M.bracteata under different NaCl concentrations

2.3 盐胁迫对千层金叶片丙二醛含量的影响

由图3可知，在100～300 mmol/L NaCl处理下，丙二醛含量变化并不显著，只在300 mmol/L处理时含量降低。当NaCl处理浓度提升至400～500 mmol/L时，丙二醛含量显著上升。此时，千层金叶片严重脱落，大部分未脱落叶片呈萎蔫状态，只有少部分叶片表形正常，说明高浓度的NaCl处理下叶片损伤严重。

图3 不同NaCl浓度下千层金叶片丙二醛含量Fig.3 Malondialdehyde content in leaves of M.bracteata under different NaCl concentrations

2.4 盐胁迫对千层金叶片抗氧化酶影响

2.4.1 盐胁迫对千层金POD活性的影响

过氧化物酶(POD)与植物的多项生理活动密切相关。由图4可知，POD活性整体呈先上升后下降的趋势，当NaCl处理浓度为300 mmol/L和400 mmol/L时，POD活性上升幅度显著，比对照组(CK)增加了104.08%和72.60%，表明此时千层金植株叶片细胞受损较为严重。

图4 不同NaCl浓度下千层金叶片POD酶活性Fig.4 POD enzyme activity of M.bracteata leaves under different NaCl concentrations

2.4.2 盐胁迫对千层金CAT活性的影响

过氧化氢酶(CAT)可以分解植物在逆境条件下产生的过氧化，CAT的活性是研究植物抗逆性的重要指标。由图5可以看出，CAT酶活性呈先上升后下降的趋势。当NaCl浓度为300 mmol/L时，CAT活性最高，与对照组(CK)和其他浓度处理组的差异显著(P<0.05)且比对照组(CK)增加2.83倍。

图5 不同NaCl浓度下千层金叶片CAT酶活性Fig.5 CAT enzyme activity of M.bracteata leaves under different NaCl concentrations

2.5 不同浓度盐处理千层金精油含量和成分分析

2.5.1 不同浓度盐处理对千层金精油含量的影响

由图6可知，当NaCl处理浓度为100、200 mmol/L时，千层金叶片中精油含量与对照组(CK)相比存在显著性差异，精油含量与CK相比分别增加22.34%、22.14%。当NaCl处理浓度为300 mmol/L时，千层金叶片中精油含量显著性上升，比CK增加57.83%。可见适当的NaCl处理有助于精油含量的增加。但当NaCl处理浓度达到400、500 mmol/L时，千层金叶片严重脱落，在生产上也不适宜继续提取精油。因此，在适当的盐碱地种植千层金可提高精油产量，千层金栽培过程中也可使用适当浓度的NaCl进行培育。

图6 不同NaCl浓度下千层金精油含量Fig.6 Content of essential oil of M.bracteata under different NaCl concentrations

2.5.2 不同浓度盐处理千层金叶片精油成分的GC-MS分析

通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测，从不同处理组的千层金叶片精油中共鉴定出26种主要的化学成分，成分分析结果见表1。通过比较分析，对照组(CK)鉴定出23种精油成分，100～200 mmol/L NaCl处理组鉴定出20种精油成分，而300 mmol/L NaCl处理组只鉴定出19种精油成分。但无论是CK，还是在其他浓度的NaCl处理下，千层金叶片精油中甲基丁香酚的相对含量最高，其次为肉桂酸甲酯，而其他物质的相对含量则较低。在200 mmol/L浓度的NaCl处理时甲基丁香酚的相对含量与肉桂酸甲酯的相对含量达到最大值，分别为95.15%和3.57%。进一步分析发现，CK与其他盐胁迫处理组的精油成分存在一定的差异，如在盐胁迫处理组中未检测到桉叶油醇与香茅醛。而在100 mmol/L与200 mmol/L浓度NaCl处理中检测到丁香酚、反式-肉桂酸甲酯、异丁香酚，却并未在对照组与300 mmol/L浓度NaCl处理中检测到。同时，在200 mmol/L与300 mmol/L浓度NaCl处理中萜品油烯和α-菖蒲醇也未被检测到。研究结果表明不同盐胁迫处理会使千层金精油的化学成分存在一定差异，但其主要的香气成分和相对含量并未有显著性差异。

3 讨论与结论

我国盐碱地面积约9 900万公顷，当大量盐分在土壤中积累时会使土壤发生一系列物理性状的恶化，从而破坏生态环境[18]。土壤中过量的盐分离子会破坏植物细胞结构，形成渗透胁迫效应，一些离子可直接毒害于植株，从而引起植物形态和结构的变化，导致植物无法正常生长。而正常生长环境下，由于植物体内的有害物质积累和防御系统之间维持着一个较为平衡的状态，因此植株生长的较为健壮。

表1 不同浓度盐处理千层金叶片精油的成分分析Table 1 Composition analysis of essential oil from leaves of M.bracteata treated with different concentrations of salt

在本试验中，随着NaCl浓度的增加，千层金叶片中脯氨酸含量的变化趋势与耐盐植物红海榄(Rhizophorastylosa)在不同浓度盐胁迫下脯氨酸含量的变化趋势一致[19]。因此推测适宜的盐分反而有利于千层金的生长。而丙二醛在低浓度NaCl(100～200 mmol/L)处理下，在千层金叶片内的含量变化并不显著，说明在此浓度下，千层金叶片受到的膜脂过氧化伤害较轻，抗逆性较强，而当NaCl浓度在300 mmol/L时，丙二醛含量降低，可能与抗氧化酶系统的调节有关。此后，随着NaCl浓度的增加，丙二醛含量持续上升，说明高浓度的NaCl(400～500 mmol/L)对千层金叶片细胞膜的伤害程度逐渐增加，也可表明千层金在此浓度的盐胁迫下已达到其耐受极限。盐胁迫下抗氧化性酶的活性变化是植物抗盐能力的重要指标，POD和CAT是研究植物抗逆性的重要内容。千层金叶片中POD和CAT的活性在100～400 mmol/L NaCl处理时，均比对照组(CK)高，且在300 mmol/L NaCl处理下达到最大值，可见千层金为抵抗盐胁迫对其所造成的损害，将根据不同盐胁迫的浓度对两种抗氧化酶做出相应调节。综合表明，千层金在盐胁迫环境下，能进行自身调节，表现出较好的耐盐性与抗氧化性。

植物精油具有杀菌、抗氧化和抗炎症等多种生物活性，是部分植物体内重要的次生代谢产物。研究表明，玫瑰(RosarugoseThunnb.)植株在50 mmol/L NaCl处理时，其精油的芳香成分最多[20]；而罗勒植株在适当的复合盐溶液处理后可以提高精油含量[4]。可见，适当的盐胁迫的确会诱导芳香植物精油成分以及含量的变化。本文研究表明，不同浓度NaCl处理对千层金叶片精油的积累有较大的影响，在100～300 mmol/L盐浓度处理下，精油含量显著上升，当盐胁迫浓度超出千层金耐受极限时，由于植株的生长发育受到抑制，导致千层金叶片脱落精油含量下降。因此，千层金植株可通过100～300 mmol/L的NaCl处理提高其精油的产量。有趣的是，虽然千层金在100～300 mmol/L浓度的NaCl处理下，叶片精油含量与CK相比分别增加了22.34%、22.14%和57.83%，但其叶片精油中的成分却随盐胁迫浓度的增加而减少，而精油中的主要成分甲基丁香酚的含量却无显著性的变化，可见盐胁迫虽然使千层金叶片精油中的成分减少，但对其精油品质并未造成影响。

综上所述，在100～300 mmol/L的NaCl处理下，千层金表现出较强的耐盐性和抗氧化性，不但各项生理指标正常，而且叶片精油含量随浓度增加。因此，千层金有望成为盐渍地种植的耐盐植株，不仅可以起到美化环境、改善盐渍地生态环境的作用，也能提升其精油产量和经济价值。