薰衣草種子萌發及幼苗生長對干旱脅迫的響應

郭鵬輝 高丹丹 劉慧霞 韋體 王瑾書

摘要[目的]研究干旱脅迫對薰衣草種子萌發和幼苗生長的影響，探討薰衣草的抗旱機理，為其種植栽培提供理論依據。[方法]以不同濃度的聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱脅迫對薰衣草種子及幼苗進行處理，測定種子萌發率、萌發指數、發芽勢、活力指數以及幼苗的主根長、苗高、鮮重、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）、可溶性糖（WSC）含量等指標，采用SPSS 20.0軟件進行數據統計分析。[結果]隨干旱脅迫強度的增加，薰衣草種子的萌發率、萌發指數、發芽勢、活力指數均呈現下降趨勢，輕度干旱（PEG-6000質量分數為2.5%～10.0%時）脅迫下，上述指標的變化差異不顯著（P>0.05）；中度干旱脅迫下（PEG-6000質量分數為15.0%～20.0%），種子發芽率顯著降低（P<0.05）；而當PEG-6000質量分數達到25.0%（重度干旱脅迫）時，種子幾乎不能萌發；隨干旱強度的增加，薰衣草幼苗的苗高、鮮重顯著降低，主根長表現為先增加后降低。SOD、POD、CAT這3種抗氧化酶活性均呈現出先升高后降低的變化趨勢；WSC含量隨PEG-6000質量分數的增加而呈明顯的上升趨勢；MDA含量呈現出持續上升的趨勢。[結論]干旱脅迫對薰衣草種子萌發和幼苗生長均有明顯的抑制作用，但同時薰衣草種子及幼苗也能夠通過其自身的生理生化變化來主動適應外界的干旱環境。

關鍵詞干旱脅迫；薰衣草；種子萌發；幼苗生長；生理生化指標

中圖分類號S573+.9文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）32-0134-04

Response of Seed Germination and Seedling Growth of Lavandula angustifolia Mill.to Drought Stress

GUO Penghui，GAO Dandan，LIU Huixia et al（Life Science and Engineering College，Northwest Minzu University，Lanzhou，Gansu 730030）

Abstract[Objective] The research aimed to study the effects of drought stress on seed germination and seedling growth of Lavandula angustifolia，discuss the drought resistance mechanism of Lavandula angustifolia and provide the theoretical basis for its cultivation.[Method]Using polyethylene glycol （PEG-6000） to simulate drought stress the change of seed germination rate，germination index，germination potential and vigor index of Lavandula angustifolia together with the main root length，seeding height，fresh weight，SOD，POD，CAT activity and MDA，WSC content of the seedlings were studied with different weight concentrations of PEG-6000.[Result]The seed germination，rate，germination index，germination potential and vigor index of Lavandula angustifolia seeds decreased generally with the increase of PEG-6000 mass fraction，but there were no significance（P>0.05）at mild drought stress（the PEG-6000 mass fraction was from 2.5% to 10.0% ）：When PEG-6000 mass fraction was from 15.0% to 20.0%，the germination rate significantly decreased（P<0.05）：When the mass fraction was reached 25.0%，the seed could not germinate.The seedling height and fresh weight of the seedlings decreased gradually，while the main root length increased initially followed by decrease.SOD，POD and CAT activities increased initially and then decreased，while MDA content increased gradually throughout.[Conclusion]Drought stress has obvious inhibitory effect on seed germination and seedling growth of Lavandula angustifolia，but the seeds and seedlings of Lavandula angustifolia can also adapt to the external arid environment through their own physiological and biochemical changes.

Key wordsDrought stress；Lavandula angustifolia Mill.；Seed germination；Seedling growth；Physiological and biochemical indicators

薰衣草（Lavandula angustifolia Mill.）為唇形花科多年生常綠半木質灌木，具特異芳香，原產于地中海沿岸，喜溫暖和光照，是一種集綠化觀賞、食藥兩用及可深加工等廣泛用途的新型農業種植植物[1-3]。目前，全世界有37個種，100多個品種，在我國資源豐富，廣泛分布于全國20多個省份[4-8]。近年來薰衣草受到國內外的廣泛關注，從20世紀90年代至今，市場對薰衣草的需求以每年10%的速度遞增，目前市場缺口達60%左右，現已開發出相應的精油產品、香囊、香枕等生活用品及藥用品和保健品，被稱作“香草之后”，且長期供不應求，具有廣闊的發展前景和應用空間[9]。然而，在薰衣草大面積栽培種植和產業化穩定發展過程中，由于受到溫度、光照、水分等自然環境和生產條件的限制，薰衣草的產量和品質相對較低，尤其在干旱的西部地區，水分無疑是最大的限制因素之一[10-12]。加之目前對薰衣草的研究大多集中在營養成分提取分離、藥理作用評定或鑒定等方面[13-15]，而對薰衣草種子及幼苗生長的生理生化機理方面的研究較少。因此，該研究以薰衣草種子為供試材料，采用聚乙二醇（PEG-6000）模擬不同程度的干旱脅迫環境，研究薰衣草種子萌發、幼苗生長和生理生化特征的變化情況，探討薰衣草種子及幼苗應對干旱脅迫的生理機制，為薰衣草種子的育種和種植栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

供試薰衣草（Lavandula angustifolia Mill.）種子由武漢香草花木有限公司提供。

1.2方法

1.2.1種子萌發試驗。

選取籽粒飽滿、大小均勻一致、無損傷的薰衣草籽，以3%次氯酸鈉溶液消毒處理后用濾紙吸干，蒸餾水沖洗3～5次，在蒸餾水中浸泡24 h。以鋪有雙層濾紙的培養皿為發芽床，每個培養皿中各放入100粒薰衣草籽，分別添加5 mL質量分數為2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%的PEG-6000溶液，以蒸餾水為對照，每個處理3次重復。培養皿置于生化培養箱中進行溫度為23、18 ℃各12 h的變溫暗光培養，根據實際情況在培養皿中添加不同質量分數的PEG-6000溶液或蒸餾水。每天定時統計種子萌發數，連續培養觀察30 d，最后計算種子萌發率（Gr）、萌發指數（GI）、發芽勢（Gv）、活力指數（VI）。

1.2.2幼苗生長試驗。按照“1.2.1”的方法，只添加蒸餾水進行種子萌發，然后從中挑選發芽后的幼苗 （胚根長度均勻一致，約1 cm），移栽至以石英砂為基質的一次性塑料杯中，每個杯子添加適量蒸餾水，并加入適量的Hoagland完全營養液，置于23 ℃光照恒溫培養箱中進行培養，光照時間12 h，光強2 000 lx，育苗7 d后，分別添加質量分數為2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%的PEG-6000溶液，以蒸餾水為對照，連續培養14 d。在培養過程中，根據實際清況，統一補充同樣體積的PEG-6000溶液或蒸餾水。每個處理13株幼苗，3次重復。

1.2.3幼苗生理生化指標的測定。

處理結束后，取不同處理的薰衣草幼苗分別測量其根長、苗高、鮮重等生物量，同時測定幼苗根系活力、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、丙二醛（ MDA）、過氧化氫酶（CAT）活性及可溶性糖（WSC）含量。MDA的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）雙組分光光度法，SOD活性的測定采用氮藍四唑（NBT）還原法，POD活性的測定采用愈創木酚法，CAT活性的測定采用高錳酸鉀滴定法，WSC含量的測定采用蒽酮比色法[16-17]。

1.3數據處理

根據以下公式計算種子萌發的相關指標：

種子萌發率（Gr）=（萌發種子數/供試種子數）×100%

種子發芽勢（Gv）=G1/Gn×100%

種子發芽指數（GI）=∑（Gt/Dt）

種子活力指數（VI）=S×GI

式中，G1為7 d發芽種子數，Gn為供試種子數，Gt為t天內種子萌發數，Dt為種子萌發天數，S為萌發種子的鮮物質量。

采用Excel和SPSS 20.0 統計軟件進行相關指標的差異性比較和分析。數值均為平均值±標準差。

2結果與分析

2.1干旱脅迫對薰衣草種子萌發的影響

由表1可知，隨著干旱脅迫程度的增加 （即PEG-6000質量分數的增加），薰衣草種子萌發率、萌發指數、發芽勢和活力指數總體表現為下降趨勢，種子萌發率從91.21%下降至11.18%，萌發指數從14.76%下降至0.96%，發芽勢從88.97%下降至5.86%，活力指數從17.46%下降至0.36%，且表現為一定的濃度依賴規律。當PEG-6000質量分數為2.5%時，上述4項指標與對照相比，無統計學意義（P>0.05）；當PEG-6000質量分數從5.0%逐漸增加至25.0%時，各處理組與對照組之間及各試驗組間的差異顯著 （P<0.05）。高濃度（PEG-6000質量分數為25.0%）的干旱脅迫下，發芽率僅為11.18%，活力指數為0.36，薰衣草種子基本上不萌發，且在萌發后期出現了種子變質、發霉的現象，而對照組（PEG-6000質量分數為0%）的種子卻無上述現象發生，表明干旱脅迫對薰衣草種子的萌發產生了顯著影響。中等程度（PEG-6000質量分數為10.0%）的干旱脅迫下，薰衣草種子的萌發率仍然能達到65.29%，表明薰衣草種子在萌發過程中具有一定的抗旱性。

2.2干旱脅迫對薰衣草幼苗生長的影響

以不同質量分數PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，研究干旱脅迫對薰衣草幼苗生長的影響規律，結果見表2。由表2可知，當PEG-6000溶液質量分數大于10.0%時，薰衣草幼苗的活力指數、鮮重、主根長、苗高、干重等指標均呈現濃度依賴趨勢，即隨著干旱脅迫強度的增加，上述指標呈現下降趨勢；且試驗組與對照組及試驗組之間的差異均達到顯著水平（P<0.05）。當PEG-6000質量分數小于10%時，上述5個指標與對照相比，無統計學差異 （P>0.05），表明低質量分數的PEG-6000對薰衣草幼苗生長的影響程度不明顯，即薰衣草幼苗的生長能夠適應一定程度的干旱環境，具有較強的生活適應性。

2.3干旱脅迫對薰衣草幼苗生理指標變化的影響

2.3.1抗氧化酶活性。SOD、POD和CAT是植物體內最重要的3種抗氧化酶，三者一起構成植物自身的防御體系[18-19]。以不同質量分數PEG-6000溶液處理后的薰衣草幼苗，其生理生化指標變化結果見表3。由表3可知，隨著干旱脅迫程度的增加，SOD、POD及CAT這3種抗氧化酶活性均呈現出先升高后降低的變化趨勢；其中POD與CAT活性均在PEG-6000質量分數為15.0%時達到最大值，而SOD活性在PEG-6000質量分數為10.0%時達到最大值；當PEG-6000質量分數達到25.0%時，3種抗氧化酶活性均開始下降，但均高于對照，表明薰衣草幼苗在受到一定程度的干旱脅迫時，能夠通過提高自身的抗氧化酶活性來消除系統產生的活性氧，提高自身的抗旱性，但當脅迫程度超過薰衣草幼苗自身的耐受限度之后，抗氧化酶活性便會失去作用，其值也會迅速下降。

2.3.2MDA含量。MDA含量能夠直接反映出植物細胞膜的受傷害程度。由表3可知，薰衣草幼苗MDA含量隨PEG-6000質量分數的增加而呈明顯的上升趨勢，PEG-6000質量分數高于2.5%時，各處理與對照間均有顯著差異（P<0.05）。其中，PEG-6000質量分數為2.5%、5.0%、10.0%、15.0%、20.0%、25.0%的處理后，薰衣草幼苗MDA含量與對照（PEG-6000質量分數為0）相比，均呈現增加趨勢，這也說明隨著干旱脅迫的增加，薰衣草幼苗的膜脂過氧化程度隨之加重，細胞膜受到了極大的傷害。

2.3.3WSC含量。

WSC作為植物體內重要的滲透調節物質之一，通過降低滲透勢而提高其抗植物的抗旱性能。由表3可知，薰衣草幼苗WSC含量隨PEG-6000質量分數的增加而呈明顯的上升趨勢（P<0.05），當PEG-6000質量分數達到 25.0%時，薰衣草幼苗的WSC含量高達27.31 mg/g，說明其抗旱性能明顯增加，具有一定的抗旱性。

安徽農業科學2017年

3討論與結論

干旱是植物在整個生命活動中最容易受到的脅迫之一，對干旱環境下作物的抗旱機制研究可極大地降低作物的損害[20-21]，但植物的抗旱性又是一個受多種生理因素共同作用的復雜的生理調整機制[12]。植物對干旱的響應伴隨著種子萌發、營養生長和生殖生長等生長發育的各個階段[22-24] 。該試驗研究表明，干旱脅迫明顯抑制了薰衣草種子的萌發，降低了其種子的發芽率、發芽勢和發芽指數，同時使薰衣草幼苗的主根長、苗高、鮮重等也顯著降低，且隨著滲透調節劑PEG-6000質量分數的增加和干旱脅迫時間的延長，其抑制作用更加明顯。

同時，隨著干旱脅迫程度的增加，薰衣草幼苗體內的3種活性氧清除酶（SOD、POD、CAT）均表現為先升高后降低的變化趨勢，而MDA含量一直升高，說明在輕度干旱脅迫下，薰衣草幼苗的SOD、POD、CAT活性顯著增強，三者協同作用，極大地提高了幼苗體內清除活性氧的能力，從而減輕了膜脂過氧化的程度，使質膜系統損傷不大，表現為MDA含量與對照相比變化不大。當干旱脅迫的增加強度超出薰衣草幼苗自身的抵御能力時，自由基的產生與清除機制平衡被打破，過量積累的活性氧對酶結構造成損傷，使SOD、POD、CAT活性顯著降低，引發或加劇膜脂過氧化作用，表現為高質量分數PEG-6000脅迫下生長嚴重受限，生物量顯著降低。同樣，隨干旱脅迫程度的增強，薰衣草幼苗的WSC含量明顯升高，表明重度干旱脅迫發生時，WSC調節作用相對較強。從而表明WSC作為重要的滲透調節物質之一，對植物抗旱性影響較大，可作為抗旱鑒定指標。當植物受到干旱脅迫時，其體內的H2O2和O2等活性氧大量積累，使自由基的產生與清除機制失衡，膜脂過氧化作用加劇，引起膜脂過氧化產物（MDA）的增加[25-26]，但同時植物自身也具有獨特的適應機制與保護策略，能夠通過產生POD、SOD和CAT等保護酶系統，清除體內產生的活性氧，保證植物在一定范圍內免受傷害[27-28]。該試驗研究也很好地證明了這一點，即在輕度干旱脅迫下，薰衣草幼苗能夠通過增強自身的抗氧化酶系統和滲透調節能力來適應干旱危害，具有一定的生長可塑性，隨著干旱脅迫程度的不斷增加，薰衣草幼苗的自身防御機制受到破壞，植株的正常生長發育受到限制。因此，在薰衣草種植栽培過程中，可考慮通過前期的輕度干旱脅迫鍛煉來提高薰衣草植株的抗旱能力，以增強其在干旱條件下的生長適應性，為薰衣草的規模化種植栽培提供技術保障。

參考文獻

[1]

張吉通.薰衣草的特征及栽培管理技術[J].農業科技通訊，2003（6）：11.

[2] 張福平，馬海宣.薰衣草種子發芽萌發試驗[J].中國種業，2007（11）：38-40.

[3] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：一部[M].北京：中國醫藥科技出版社，2010.

[4] 裴鑒，陳守良，方文哲，等.中國植物志：第5卷2分冊[M].北京：科學出版社，1979：248.

[5] 何瑋，李光武，傅佳.薰衣草及橙花精油體外抑菌作用的研究[J].安徽醫藥，2010，14（5）：525-527.

[6] 王國衛，王自軍，劉純瑞，等.薰衣草活性成分的提取和抗氧化能力的測定[J].時珍國醫國藥，2008，19（10）：2478-2479.

[7] 孫偉，肖家祁，王淳凱，等.精油對人鼻咽癌細胞生長抑制的研究[J].上海中醫藥雜志，2005，39（9）：53-55.

[8] 陳強，彭新濤.薰衣草醇提物對小鼠急性肝損傷保護作用的研究[J].中國中醫藥咨詢，2010，2（17）：242-243.

[9] 孟林，田小霞，毛培春，等.香草資源開發利用前景分析[J].北方園藝，2011（10）： 177-180.

[10] 李燕.水分脅迫對三種地被植物生理生化特性的影響[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2009.

[11] 韓建秋.白三葉對干旱脅迫的適應性研究[D].泰安：山東農業大學，2008.

[12] 曲濤，南志標.作物和牧草對干旱脅迫的響應及機理研究進展[J].草業學報，2008，17（2）： 126-135.

[13] 解成喜，王強，崔曉明.薰衣草揮發油化學成分的GC-MS分析[J].新疆大學學報（自然科學版），2002，19（3）：294-296.

[14] 張偉.氣相色譜法測定薰衣草油中芳樟醇和乙酸芳樟酷含量[J].藥物鑒定，2010，19（5）：29-30.

[15] 廖享，高晶，唐軍，等.基于氣質的主成分支持向量基對新疆薰衣草精油判別分析[J].新疆農業科學，2014，51（7）：1367-1372.

[16] 張以順，黃霞，陳云鳳.植物生理學實驗教程[M].北京：高等教育出版社，2009.

[17] 張志良，矍偉著.植物生理學實驗指導[M].3版.北京：高等教育出版社，2004.

[18]楊華庚，顏速亮，陳慧娟，等.干旱脅迫對中粒種咖啡幼苗膜脂過氧化、抗氧化酶活性和滲透調節物質含量的影響[J].熱帶作物學報，2014，35（5）：944-949.

[19] 潘昕，邱權，李吉躍，等.干旱脅迫對青藏高原6種植物生理指標的影響[J].生態學報，2014，34（13）：3558-3567.

[20]袁媛，李娜，邵愛娟，等.PEG 6000處理對黃琴種子萌發和幼苗生長的影響[J].中草藥，2008，39（2）：269-272.

[21]曹勇，姬虎太，裴雪霞，等.PEG模擬干旱脅迫下6份冬小麥種子抗旱性評價[J].山西農業科學，2016，44（6）：723-725.

[22] 程媛媛，蘇孝良.植物抗旱機制研究進展[J].貴州師范大學學報（自然科學版），2014，32（1）：113-120.

[23] 楊帆，苗靈鳳，胥曉，等.植物對干旱脅迫響應的研究進展[J].應用與環境生物學報，2007，13（4）：586-591.

[24] 王文帆，梁素釬，劉濱凡，等.聚乙二醇對谷稗種子萌發及相關生理指標的影響[J].中國農學通報，2010，26（12）：122-125.

[25] 倪郁，李唯.作物抗旱機制及其指標的研究進展與現狀[J].甘肅農業大學學報，2001，36（1）：14-22.

[26] HUANG B G，GAO H W.Root physiological characteristics associated with drought resistance in tall fescue cultivars[J].Crop science，2000，40（1）：196-203.

[27] 李祿軍，蔣志榮，李正平，等.3樹種抗旱性的綜合評價及其抗旱指標的選取[J].水土保持研究，2006，12（6）：253-254.

[28] 劉自剛，沈冰，張雁.干旱脅迫對桔梗種子萌發及幼苗生長的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2015，43（10）：162-168.

（上接第129頁）

此，在烤煙生產過程中，應注意掌握正確的磷肥施用技術，以適量集中施用方式的效果較好，施肥過程中應盡可能增大磷肥與根系的接觸面積，減少磷素的固定，從而促進烤煙對磷元素的有效吸收。烤煙是喜鉀作物，鉀元素是影響烤后煙葉抽吸品質和風味特征的重要成分。土壤中速效鉀常與鈣素形成拮抗作用，且在多雨情況下容易流失，使鉀素利用率明顯降低。在烤煙生長后期，煙葉中的鉀含量也容易向根部轉移。在烤煙生產過程中，增加追施鉀肥比例、增施葉面鉀肥、施用新型速效鉀肥以及化學調控等措施都能有效提高鉀素的利用率。安寧市主要植煙區域土壤速效鉀含量處于中等偏下水平，可在施肥過程中，增加鉀肥在配方施肥中用量比例或在烤煙生長后期增施葉面肥，從而提高鉀素肥料的利用率和煙葉鉀含量。

參考文獻

[1] 邵巖，王樹會，鄧云龍，等.基于GIS的云南烤煙種植區劃研究[M].北京：科技出版社，2009：244-245.

[2] 曹志洪.優質烤煙生產的土壤與施肥[M].南京：江蘇科學技術出版社，1991：23-25.

[3] 周健民.農田養分平衡與管理[M].南京：河海大學出版社，2000：82-84.

[4] 王忠宇，何建華，瞿鴻飛，等.六盤水植煙土壤主要養分特征分析[J].貴州農業科學，2009，37（7）：68-71.

[5] 龔智亮，唐莉娜.福建南平植煙土壤主要養分特征及生產對策[J].中國農學通報，2009，25（16）：153-155.

[6] 宋珍霞，高明，關博謙，等.重慶市植煙區土壤肥力特征研究[J].土壤通報，2005，36（5）：664-668.

[7] 王林，盧秀萍，肖漢乾，等.瀏陽植煙土壤肥力狀況的綜合評價[J].河南農業大學學報，2006，40（6）：597-601.

[8] 徐雪芹，陳志燕，周俊，等.湖南邵陽主煙區土壤養分特征分析及施肥對策[J].安徽農業科學，2009，37（5）：2071-2074，2128.

[9] 朱續熹，宋文峰，劉國順，等.湖南永順煙區土壤養分狀況的綜合評價[J].江西農業學報，2010，22（8）：78-80.

[10] 匡傳富，周國生，鄧正平，等.湖南郴州煙區土壤養分狀況分析[J].中國煙草科學，2010，31（3）：33-37.

[11] 李自相，楊虹琦，李海平.云南保山煙區植煙土壤性質與養分狀況對煙葉品質的影響[J].中國農學通報，2009，25（24）：249-253.

[12] 李衛，周冀衡，張一揚，等.云南曲靖煙區土壤肥力狀況綜合評價[J].中國煙草學報，2010，16（2）：61-65.

[13] 胡海洲，王浩軍，劉寶法，等.貴州盤縣主要植煙區土壤肥力綜合評價[J].中國農學通報，2012，28（19）：109-116.

[14] 董華飛，湯紅印，黃占平.2012年水城縣規劃植煙區土壤養分豐缺評價[J].現代農業科技，2011，23（2）：303-304.

[15] 魯如坤.土壤農業化學分析方法[M].北京：中國農業科技出版社，1999.

[16] 宋彥君，蘇兆俊，彭成林，等.保康縣植煙土壤的主要肥力特征初探[J].湖北農業科學，2003（1）：53-55.

[17] 宋珍霞，高明，關博謙，等.重慶市植煙區土壤肥力特征研究[J].土壤通報，2005，36（5）：664-668.

[18] 馮勇剛，張霓，閆獻芳，等.貴州植煙土壤養分適宜性研究與煙地管理[J].貴州農業科學，2003，31（6）：22-24.

[19] 宋承鑒，宋月家，周恩肖，等.廣西植煙土壤特征分析[J].中國煙草，1994（2）：5-9.

[20] 陳杰，唐遠駒.貴州省主植煙區土壤肥力分析[J].中國農學通報，2006，22（12）：356-359.

[21] 劉國順.煙草栽培學[M].北京：中國農業出版社，2003：63-65.

[22] 魯如坤.土壤-植物營養學原理和施肥[M].北京：化學工業出版社，998：103-104.

[23] 胡國松，鄭偉，王震東，等.烤煙營養原理[M].北京：科學出版社，2000：14-27.

[24] 羅建新，石麗紅，龍世平.湖南主產煙區土壤養分狀況與評價[J].湖南農業大學學報（自然科學版），2005，31（4）：376-380.