外源脱落酸调控灌溉条件下‘Hidcote’狭叶薰衣草精油含量与组分变化的机制研究

本研究针对干旱胁迫严重影响植物生长发育及次生代谢产物积累的问题，系统探讨了外源脱落酸（ABA）对狭叶薰衣草（Lavandula angustifolia ‘Hidcote’）在干旱胁迫下精油产量、组分及抗氧化防御系统的调控作用。通过设置四梯度灌溉水平与三浓度ABA处理的交互实验，发现15 μmol·L?1 ABA在重度干旱（30%–40% FC）下可显著提升精油百分比（1.45%）及抗氧化活性，而30 μmol·L?1 ABA则促进超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性及脯氨酸积累。研究揭示了ABA通过协调单萜与倍半萜生物合成途径增强植物抗旱性的新机制，为芳香植物抗逆栽培及精油品质调控提供理论依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱胁迫已成为限制作物生长和农业生产力的关键因素。尤其对于具有高经济价值的药用植物而言，干旱不仅抑制其生长发育，更会改变其次生代谢产物的合成与积累，直接影响药材品质和精油产量。狭叶薰衣草（Lavandula angustifolia）作为一种广泛用于香水、医药和化妆品行业的芳香植物，其精油中的单萜和倍半萜类化合物既是香气成分，也具有抗氧化和抗逆功能。然而，在干旱条件下，薰衣草的生长和精油合成往往受到显著抑制。以往研究表明，植物激素脱落酸（Abscisic Acid, ABA）在调控植物应对干旱胁迫中发挥核心作用，它不仅参与气孔关闭和水分保持，还可能通过调节萜类代谢通路影响精油合成，但具体机制尚不明确。

为此，研究人员以‘Hidcote’品种狭叶薰衣草为材料，开展了一项系统性的田间实验，旨在揭示外源ABA如何在不同干旱水平下调节薰衣草的生理响应、抗氧化能力以及精油含量与组成，研究结果发表在《Horticultural Plant Journal》上。

本研究采用大田试验与室内分析相结合的方法。实验设计采用双因子随机区组设计，设置四个灌溉梯度（I1: 90%–100% FC，I2: 70%–80% FC，I3: 50%–60% FC，I4: 30%–40% FC）和三个ABA浓度（A1: 0，A2: 15，A3: 30 μmol·L^?1），于营养生长期、初花期和盛花期进行叶面喷施。测定指标包括植株生物量、叶片相对含水量（RWC）、渗透调节物质（脯氨酸、可溶性糖）、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT、APX）、丙二醛（MDA）和离子渗漏率（EL），并利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析精油成分及各类萜烯组分的比例变化。

3.1. 地上部干物质响应

干旱胁迫显著降低了薰衣草的地上部干物质量，外源ABA处理未能缓解这一趋势，甚至在重度干旱条件下进一步抑制生长。最高干物质量（13.20 g·plant^?1）出现在I1A2处理，而最低值（6.36 g·plant^?1）出现在I4A3组合，说明ABA在干旱环境下可能优先引导碳分配至防御代谢而非生长。

3.2. 生理特性响应

ABA处理显著提高了干旱条件下的叶片相对含水量（RWC），尤其在I4干旱水平下，30 μmol·L^?1 ABA使RWC提升17.49%。脯氨酸和可溶性糖作为渗透调节物质，其含量随干旱加剧而上升，且在ABA处理下进一步积累，例如I4A3处理的脯氨酸含量较对照增加200%。重度干旱引发氧化损伤，MDA和EL显著上升，但适量ABA（15 μmol·L^?1）在中度干旱下缓解了膜脂过氧化，而在I4干旱下高浓度ABA反而加剧了氧化损伤。

3.3. 次生代谢产物与抗氧化响应

总酚和类黄酮含量随干旱加剧而上升，ABA处理进一步强化了这一趋势。抗氧化活性在ABA与干旱互作下显著增强，其中I4A2处理的抗氧化活性最高（80.32 mg·g^?1）。抗氧化酶系统中，SOD、CAT和APX的活性在干旱和ABA共同作用下显著提升，最高SOD活性（420.26 μmol·min^?1·mg^?1 protein）出现在I4A3处理，而POX最高活性（335.10 unit）出现在I4A2处理，表明ABA通过激活酶促抗氧化系统增强薰衣草的氧化应激耐受性。

3.4. 精油产量与组成

精油百分比在干旱和ABA互作下差异显著。最高精油百分比（1.45%）出现在I4A2处理，而最高精油产量（0.107 g·plant^?1）则出现在I3A2条件下。GC-MS分析共鉴定出23种精油成分，其中芳樟醇、樟脑、龙脑、甲酸龙脑酯和石竹烯氧化物是共有成分。单萜烃类（MH）含量最高处理为I2A3（12.92%），氧化单萜（OM）最高为I1A1（64.76%），而倍半萜烃（SH）和氧化倍半萜（OS）最高值分别出现在I4A3（14.98%）和I4A1（10.46%）。研究表明，干旱促使碳流向倍半萜合成，而ABA处理可部分维持单萜合成途径的活性。

本研究阐明，外源ABA通过多重机制增强薰衣草抗旱性。在生理层面，ABA提升RWC、促进渗透调节物积累；在生化层面，它激活SOD、CAT、POX等抗氧化酶系统，减轻氧化损害；在代谢层面，ABA调控萜类合成路径，在干旱下维持单萜生成并促进倍半萜积累，从而保障精油品质与产量。其中，15 μmol·L^?1 ABA在重度干旱下效果最优，而30 μmol·L^?1 ABA则更适用于中度干旱条件。该研究不仅深化了对ABA调控植物抗逆与次生代谢的理解，也为芳香植物在干旱条件下的精准栽培与外源激素调控提供了实践依据。