張源一，李愛，嚴卓立，張永杰，楊李雄

（天津農(nóng)學院 園藝園林學院，天津 300392）

干旱脅迫是最常見的植物脅迫形式之一，對植物的破壞程度在許多非生物脅迫中位居第一，是限制植物生長和分布的一個重要因素。近年來，由于氣候變暖、干旱的頻率與嚴重程度持續(xù)增 加[1]，干旱脅迫給植物造成嚴重傷害，如細胞脫水、膜系統(tǒng)破壞、酶活性受影響、細胞代謝紊亂，植株生長受到抑制，進而影響產(chǎn)量[2]。天津市位于華北平原東部屬于暖溫帶半濕潤季風氣候，冬季盛行西北風，夏季盛行偏南風，春季干旱，在中南部平原地區(qū)尤為突出[3-4]。因此，篩選耐旱植物顯得尤為重要。

薄荷種質(zhì)資源豐富，據(jù)報道，世界上薄荷屬植物有30個種，其中變種有140多個?，F(xiàn)如今在園藝栽培上已有600多個品種[5]。在如此龐大的群體中，被廣泛栽培的有留蘭香薄荷（Mentha spicataL.），胡椒薄荷（Mentha piperita），檸檬薄荷（Mentha citrata），美國薄荷（Monarda didyma）以及作為果園驅(qū)蟲的芳香地被植物普列薄荷（Mentha pulegiumL.）[6-7]。當前對于薄荷的研究集中在芳香油的提取分析技術(shù)、植株栽培繁育與管理等，而采用PEG-6000模擬干旱脅迫，探討不同薄荷耐旱程度的報道卻很少。因此，本研究使用不同濃度的PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，對廣泛栽培種植的5種薄荷種子與幼苗進行相關(guān)指標的測定，并通過隸屬函數(shù)法評價不同種薄荷的耐旱能力，為干旱地區(qū)的引種與栽培提供科學的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試薄荷種子與幼苗由天津農(nóng)學院苗圃提供。5種薄荷分別為胡椒薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷、檸檬薄荷和普列薄荷。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發(fā)試驗

試驗于2020年5月在天津農(nóng)學院園藝中心實驗室進行，采用高分子滲透劑PEG-6000模擬干旱脅迫，設(shè)置0（CK）、5%、10%、20% 4個不同濃度處理，每個處理進行3次重復(fù)。以直徑90 mm的培養(yǎng)皿并均勻鋪置兩層濾紙為發(fā)芽床，注入等量的蒸餾水和不同濃度PEG-6000溶液，選取50粒薄荷種子均勻排布在濾紙上，置于光照培養(yǎng)箱中萌發(fā)。培養(yǎng)條件為：溫度26 ℃，光強2 000 lx，光照時長12 h/d。每日定時向培養(yǎng)皿內(nèi)滴加等量蒸餾水或PEG-6000溶液，每3 d更換一次濾紙，以保證濾紙潔凈，種子萌發(fā)環(huán)境穩(wěn)定。

1.2.2 幼苗脅迫處理

在Hogland’s營養(yǎng)液中加入PEG-6000，配制成3個不同濃度的脅迫處理溶液：輕度脅迫5%（50 g/L PEG-6000）、中度脅迫 10%（100 g/L PEG-6000）、重度脅迫20%（200 g/L PEG-6000）。將幼苗的根系浸泡在不同濃度的PEG-6000溶液中進行干旱脅迫處理，以不添加PEG-6000的等量Hogland’s營養(yǎng)液中培養(yǎng)的幼苗為對照。每個處理重復(fù)3次，在光照培養(yǎng)箱中脅迫處理24 h后，依據(jù)試驗要求取材。

1.2.3 幼苗生理生化指標的測定

脅迫結(jié)束后稱取薄荷葉片鮮重與干重測定相對含水量；采用氮藍四唑法測定超氧化物岐化酶（SOD）活性；采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量；采用考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用95%的乙醇浸提法測定光合色素含量；采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)以下公式計算種子萌發(fā)的相關(guān)指標:

種子發(fā)芽率/%（Gr）＝（萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100

種子發(fā)芽勢/%（Gv）＝G1/Gn×100（G1為5 d萌發(fā)的種子數(shù)，Gn為供試種子數(shù)）

種子發(fā)芽指數(shù)（Gi）＝∑（Gt/Dt）（Gt為t日種子的萌發(fā)數(shù)，Dt是發(fā)芽天數(shù)）；

該試驗采用Origin 2018繪圖，SPSS 25.0進行顯著性分析；運用Duncan’s測驗法進行多重比較，并利用隸屬函數(shù)進行耐旱性比較。隸屬函數(shù)值計算公式：

反隸屬函數(shù)值計算公式：

Xi：生理指標測定值，Xmin、Xmax：所有處理某一指標的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對5種薄荷種子萌發(fā)的影響

由表1可知，在不同程度的脅迫處理下，5種薄荷種子的萌發(fā)指標不同，且各處理間有顯著差異。對照組（CK）中發(fā)芽率最高的為普列薄荷，達83.33%，檸檬薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷和胡椒薄荷分別為80.00%、76.00%、41.22%和50.89%。輕度脅迫時，5種薄荷種子的發(fā)芽率均有所下降，檸檬薄荷、留蘭香薄荷和普列薄荷的發(fā)芽率相較于CK下降了35.28%、36.12%和20.66%，而胡椒薄荷下降幅度最大，為48.48%，美國薄荷下降幅度最小，為18.32%。中度脅迫時，5種薄荷種子的發(fā)芽率均顯著下降，檸檬薄荷下降幅度最大，為61.66%，美國薄荷下降幅度最小，為33.96%。重度脅迫時，檸檬薄荷、留蘭香薄荷和美國薄荷的發(fā)芽率相較于CK下降了85.28%、80.55%和70.09%，其中胡椒薄荷下降幅度最大，為87.35%，普列薄荷下降幅度最小，為60.66%。試驗中發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的變化趨勢與發(fā)芽率大致相同，隨著PEG-6000濃度的上升而逐漸下降。

表1 不同濃度PEG-6000處理對種子萌發(fā)的影響

2.2 干旱脅迫對5種薄荷幼苗相對含水量的影響

如圖1所示，5種薄荷在干旱脅迫下葉片的相對含水量均發(fā)生了不同程度下降。胡椒薄荷在4個不同處理下葉片含水量變化較顯著，輕度、中度和重度脅迫分別比CK減少了5.04%、12.72%、24.68%。留蘭香薄荷不同處理下變化差異較小，分別下降了4.34%、6.90%、13.30%。重度脅迫下，檸檬薄荷的下降幅度最大，較CK下降了27.67%。普列薄荷在中度、重度脅迫處理下相對含水量均顯著下降。試驗結(jié)果表明，胡椒薄荷對外界干旱環(huán)境較敏感，美國薄荷和留蘭香薄荷失水程度較低，說明其具有一定的保水能力。

圖1 干旱脅迫對5種薄荷幼苗相對含水量的影響

2.3 干旱脅迫對5種薄荷幼苗SOD活性的影響

如圖2所示，5種薄荷SOD酶活性均隨著脅迫程度的加大而呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，中度脅迫處理下均達到最高值。普列薄荷在輕度、中度脅迫處理下變化幅度大，較CK升高了22.48%和45.71%，重度脅迫時降至略低于CK。檸檬薄荷輕度脅迫時較CK上升了15.24%，而各處理間差異不顯著，表明其SOD活性對5%到20%的PEG-6000濃度變化不敏感。美國薄荷、檸檬薄荷在重度脅迫下SOD酶活性水平高于CK，其他3種均下降并低于CK。

圖2 干旱脅迫對5種薄荷幼苗SOD活性的影響

2.4 干旱脅迫對5種薄荷幼苗脯氨酸含量的影響

如圖3所示，5種薄荷脯氨酸含量均隨著干旱脅迫程度的加重，呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。5種薄荷不同處理間脯氨酸含量差異顯著。各處理下普列薄荷脯氨酸含量均大幅度增加，輕度、中度和重度干旱脅迫下脯氨酸含量分別為CK的2.00、3.14、5.21倍。留蘭香薄荷各處理下脯氨酸含量增加幅度較小，分別為CK的1.42、1.80、2.21倍。數(shù)據(jù)表明，5種薄荷在干旱脅迫下脯氨酸含量上升趨勢相同，其中普列薄荷上升幅度最大，說明普列薄荷脯氨酸調(diào)節(jié)系統(tǒng)在試驗濃度范圍內(nèi)比其他種的薄荷更活躍。留蘭香薄荷變化較小，表明其脯氨酸調(diào)節(jié)系統(tǒng)較其他薄荷更不敏感。

圖3 干旱脅迫對5種薄荷幼苗脯氨酸含量的影響

2.5 干旱脅迫對5種薄荷幼苗可溶性蛋白含量的影響

如圖4所示，5種薄荷可溶性蛋白含量存在差異，總體都呈現(xiàn)隨著脅迫處理程度的增加而逐步升高的趨勢。

圖4 干旱脅迫對5種薄荷幼苗可溶性蛋白含量的影響

胡椒薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷、檸檬薄荷4種薄荷可溶性蛋白含量在各個脅迫處理間的差異顯著。其中美國薄荷可溶性蛋白含量在各處理下的增幅明顯高于其他薄荷，輕度、中度和重度干旱脅迫下分別為CK的2.13、3.38、5.19倍。普列薄荷在PEG-6000濃度為5%時可溶性蛋白增幅較小，相較于CK差異不顯著，僅上升了37.48%。

2.6 干旱脅迫對5種薄荷幼苗可溶性糖的影響

可溶性糖作為高等植物的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植物抵御干旱脅迫時起重要作用。

如圖5所示，不同種薄荷可溶性糖含量不同，總體隨著脅迫處理程度的加重而呈現(xiàn)持續(xù)性升高的趨勢。胡椒薄荷在輕度和中度脅迫下增幅較小，比CK升高了13.42%、35.90%。普列薄荷在中度脅迫下達到最高值，為CK的3.43倍，在重度脅迫不再繼續(xù)上升而小幅度下降。留蘭香薄荷、美國薄荷和檸檬薄荷在不同干旱處理下可溶性糖含量均顯著高于CK，且不同處理間差異顯著。

圖5 干旱脅迫對5種薄荷幼苗可溶性糖含量的影響

2.7 干旱脅迫對5種薄荷幼苗光合色素含量的影響

如表2所示，在脅迫處理下5種薄荷光合色素含量均隨著脅迫程度的加重呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。在中度脅迫下，胡椒薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷、檸檬薄荷和普列薄荷的光合色素總量達到峰值，均顯著大于CK，上升幅度分別為18.54%、30.06%、30.54%、28.34%和27.88%，其中美國薄荷的上升幅度最大。在重度脅迫下，留蘭香薄荷和普列薄荷的光合色素總量降至略低于CK的水平，下降幅度分別為2.70%和4.22%，差異不顯著；胡椒薄荷和檸檬薄荷的光合色素總量顯著低于CK，下降幅度分別為12.12%和8.42%；美國薄荷的光合色素總量有所降低，但仍顯著高于CK，較CK提高了10.80%。

表2 干旱脅迫對5種薄荷幼苗光合色素含量的影響

葉綠素a含量變化趨勢與光合色素總量相似，隨脅迫程度加重而呈現(xiàn)先升后降的趨勢。中度脅迫下，5種薄荷的葉綠素a含量最高，均顯著大于CK，上升幅度分別為14.00%、11.08%、29.25%、13.56%和27.52%，其中美國薄荷上升幅度最大且含量最高。在重度脅迫下，檸檬薄荷和普列薄荷的葉綠素a含量降至略低于CK，與CK差異不顯著，下降幅度分別為3.28%和4.73%；胡椒薄荷和留蘭香薄荷的葉綠素a含量降低至顯著低于CK的水平，下降幅度分別為10.80%和1.78%；美國薄荷的葉綠素a含量有所降低，但略高于CK 5.61%，不存在顯著差異。

中度脅迫下，胡椒薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷、檸檬薄荷和普列薄荷的葉綠素b含量達到最高，均顯著大于CK，上升幅度分別為45.60%、69.47%、48.59%、52.43%和41.09%，其中留蘭香薄荷的上升幅度最大。重度脅迫下，胡椒薄荷、留蘭香薄荷、檸檬薄荷和普列薄荷的葉綠素b含量低于CK，差異不顯著，相較于CK降低了25.36%、5.61%、6.63%和7.57%。美國薄荷的葉綠素b含量在重度脅迫下低于中度脅迫，但仍顯著高于CK，增加了36.33%。

類胡蘿卜素含量在不同處理下的變化趨勢同其他光合色素相似，在中度脅迫下達到最高，重度脅迫下下降。中度脅迫下，胡椒薄荷、留蘭香薄荷、美國薄荷、檸檬薄荷和普列薄荷的類胡蘿素含量相較于CK提高了6.59%、59.20%、15.72%、56.99%和3.32%，其中留蘭香薄荷上升幅度最大。重度脅迫下，胡椒薄荷、留蘭香薄荷、檸檬薄荷的類胡蘿卜素含量降至略低于CK，降低幅度分別為2.27%、2.68%、18.49%，差異不顯著。美國薄荷和普列薄荷的類胡蘿卜素含量在重度脅迫處理下有所降低，但仍高于CK 4.45%和2.40%。

2.8 干旱脅迫對5種薄荷幼苗丙二醛的影響

植物遭受干旱脅迫后積累過量的氧自由基致使膜脂過氧化，進而產(chǎn)生膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛。植物細胞內(nèi)保護機制將丙二醛含量維持在一定的水平，因此丙二醛含量可以在一定程度上反映植物抵御干旱脅迫能力的強弱。

如圖6所示，5種薄荷丙二醛含量均隨脅迫濃度增大而升高，在重度脅迫處理下達到最高值。

圖6 干旱脅迫對5種薄荷幼苗丙二醛含量的影響

胡椒薄荷、美國薄荷和普列薄荷丙二醛含量在不同處理間存在顯著差異。胡椒薄荷增幅最大，丙二醛含量在輕度、中度和重度脅迫處理下相較于CK上升了79.37%、147.86%和235.61%。留蘭香薄荷在輕度脅迫處理下丙二醛含量上升但變化幅度小，相較于CK僅提高了2.82%。

2.9 5種薄荷的隸屬函數(shù)值與綜合排序

薄荷屬植物抗旱能力不僅僅由單個指標所決定，因此，本研究利用3個種子萌發(fā)指標和7種幼苗生理生化指標進行隸屬函數(shù)分析，對5種薄荷的抗旱能力進行綜合評價和排序。如表3所示，不同薄荷的抗旱能力有所差異，美國薄荷的平均值最高，胡椒薄荷的平均值最低，抗旱性順序為：美國薄荷＞普列薄荷＞留蘭香薄荷＞檸檬薄荷＞胡椒薄荷。

表3 5種薄荷的隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

土壤中水分含量是影響植物種子萌發(fā)的重要環(huán)境因素。干旱脅迫能夠明顯抑制種子萌發(fā)，并會影響植物幼苗的生長發(fā)育[8-9]。在本研究中，隨著PEG-6000濃度的升高，5種薄荷種子的各項萌發(fā)參數(shù)降低且在重度脅迫時下降幅度較大，這與溫日宇等[10]對藜麥種子的研究結(jié)果相一致。

SOD可通過催化超氧化物的歧化反應(yīng)，從而有效減少植物細胞中活性氧積累所產(chǎn)生的毒害作用[11]。本研究中，5種薄荷SOD活性隨PEG-6000濃度的提高而呈上升趨勢，在重度脅迫時下降。這一結(jié)果與丁龍等[12]研究5種西北旱區(qū)植物在干旱脅迫下SOD的變化趨勢相似，表明植物在干旱脅迫下通過提高SOD活性，進一步增強清除活性氧自由基的能力。

植物的滲透調(diào)節(jié)可以使植物主動適應(yīng)外界的干旱脅迫，在植物適應(yīng)缺水環(huán)境的過程中，扮演著十分重要的角色。在干旱脅迫下，植物體內(nèi)的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白會主動積累，以此提高細胞液的濃度，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的水勢從而穩(wěn)定細胞的膨壓而保持細胞的活性[13-14]。本試驗中，5種薄荷的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的含量全部呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，與劉洋等[14]的試驗結(jié)果相似，表明這5種薄荷都具有一定的耐旱能力，大量積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以有效防止植株脫水，使各器官保持正常的生理功能。

許多學者開展了干旱脅迫下植株光合色素含量的研究，任磊等[15]發(fā)現(xiàn)茶菊隨著干旱脅迫的加強，葉綠素含量表現(xiàn)為不斷升高的趨勢。陳葉等[16]發(fā)現(xiàn)，唐古特瑞香幼苗在不同干旱處理下葉綠素含量均顯著小于對照組，認為干旱脅迫與葉綠素含量呈現(xiàn)負相關(guān)的關(guān)系。本試驗中，5種薄荷的葉綠素和類胡蘿卜素均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與聶永雄等[17]研究六堡茶和任瑞芬等[18]研究檸檬薄荷的結(jié)果一致，可能因為隨著干旱程度的增強，植株的相對含水量不斷下降，進而導(dǎo)致光合色素濃縮，含量上升，但是隨著干旱程度的不斷增強，植物受到的傷害不斷加大，以至于光合色素的合成途徑受阻，并開始分解，光合色素含量不斷下降[19]。

MDA作為衡量細胞膜完整性的一個重要指標，可以用于表現(xiàn)活性氧對細胞膜的損傷程度[20]。本試驗中，所有薄荷的MDA含量均隨著干旱脅迫的加強呈現(xiàn)顯著上升的趨勢，這與周鑫勝等[21]對百里香相關(guān)研究結(jié)果相似。本試驗中，胡椒薄荷MDA含量增幅最大，表明胡椒薄荷細胞膜損傷程度最大，受到干旱脅迫的傷害較大。

植物在干旱脅迫下的生理響應(yīng)十分復(fù)雜，很難靠單一指標精準評價5種薄荷的抗旱能力。許多研究認為利用模糊數(shù)學原理分析出植物不同性狀指標的隸屬函數(shù)值，可以作為植物抗性的一種評估方法[22-23]。本試驗采用隸屬函數(shù)法對5種薄荷種子萌發(fā)指標和幼苗生理指標進行抗旱性綜合評價，抗旱能力大小依次為：美國薄荷＞普列薄荷＞ 留蘭香薄荷＞檸檬薄荷＞胡椒薄荷。