硫化氢信号调控薰衣草抗逆性：盐旱胁迫下的抗氧化防御、次生代谢与基因表达机制

《Scientia Horticulturae》：Hydrogen sulfide signaling fortifies lavender: Antioxidant defense, phytochemical modulation, and genetic responses under salt and drought stress

本研究探讨了外源硫化氢（H2S）供体NaHS如何增强薰衣草（Lavandula angustifolia）对盐胁迫（0–300 mM NaCl）和干旱胁迫（100–25% FC）的生理与分子响应。通过分析抗氧化指标（DPPH、FRAP）、酚类与黄酮含量、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性、精油成分（GC-MS）及关键基因（CINs、LIMs、LINs）表达，发现NaHS（100–200 μM）可显著提升薰衣草的抗氧化能力，调控单萜类化合物（如1,8-桉叶素、樟脑）积累，并通过上调CINs基因表达增强胁迫耐受性。该研究为H2S在芳香植物抗逆栽培中的应用提供了理论依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，盐碱化和干旱已成为制约农业生产的主要非生物胁迫因素。它们通过破坏植物水分平衡、阻碍养分吸收、诱导活性氧（ROS）积累，导致代谢紊乱和生长抑制。薰衣草（Lavandula angustifolia）作为重要的药用芳香植物，其精油和酚类化合物在化妆品、医药领域具有广泛应用价值，但盐旱胁迫会严重影响其次生代谢产物合成与品质。近年来，气体信号分子硫化氢（H₂S）在植物抗逆调控中的作用备受关注，但其在薰衣草盐旱胁迫下的具体机制尚未系统阐明。

为此，伊朗乌尔米亚大学的研究团队在《Scientia Horticulturae》上发表论文，系统研究了外源NaHS（H₂S供体）对薰衣草在盐胁迫（0、150、300 mM NaCl）和干旱胁迫（100%、50%、25%田间持水量）下的生理生化响应及基因表达调控。研究发现，NaHS处理能够显著提升薰衣草的抗氧化能力，调控酚类物质和精油成分的合成，并通过关键基因表达重构增强植株的整体抗逆性。

本研究采用水培实验，以4月龄薰衣草为材料，设置不同浓度NaCl和水分梯度，结合100、200 μM NaHS喷施处理，处理周期为7天和14天。主要技术方法包括：测定酚类与黄酮含量（福林-酚法、铝盐比色法）、抗氧化能力（DPPH自由基清除率、FRAP铁还原能力）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性（紫外分光光度法）、精油成分（GC-MS气相色谱-质谱联用）、酚酸组成（HPLC高效液相色谱），以及单萜合成相关基因（CINs、LIMs、LINs）表达（RT-PCR反转录PCR）。

3.1. 盐旱胁迫与NaHS处理对薰衣草枝条总酚含量的影响

盐胁迫（150、300 mM NaCl）单独处理7天后，薰衣草枝条总酚含量分别比对照提高27%和74%，表明盐胁迫可激活酚类物质积累作为抗氧化防御响应。而添加100 μM NaHS后，酚类含量在300 mM NaCl条件下反而下降28%，说明NaHS可能通过直接缓解氧化压力降低了植株对酚类合成的依赖。干旱胁迫下，50%和25% FC处理7天使酚类含量分别增加34%和41%，但NaHS（100 μM）处理则分别使含量降低28%和14%，进一步印证H₂S在轻中度胁迫下可能通过替代途径减轻氧化损伤。

3.2. 总黄酮含量的变化

盐胁迫下，300 mM NaCl单独处理使黄酮含量提升70%，但加入100 μM NaHS后含量下降17%，再次体现NaHS对胁迫诱导代谢的调节作用。在干旱条件下，50% FC处理使黄酮含量增加54%，而NaHS（200 μM）处理则进一步使其提升17%，说明NaHS的效果具有剂量与胁迫类型依赖性。

3.3. DPPH自由基清除活性

盐胁迫显著提升DPPH清除率，300 mM NaCl处理使活性提高34%。NaHS（200 μM）在150 mM NaCl条件下进一步提升清除活性38%，但在300 mM NaCl下反而降低23%，说明高浓度NaHS在高强度胁迫下可能产生毒害效应。干旱处理14天使DPPH活性在25% FC条件下提高89%，而NaHS（100 μM）使其下降41%，反映H₂S可能通过直接清除ROS降低了对化学抗氧化物的需求。

3.4. FRAP铁还原能力分析

300 mM NaCl处理7天使FRAP值提高159%，表明严重盐胁迫激活了植物的还原性抗氧化系统。添加100 μM NaHS后，FRAP在150 mM和300 mM NaCl条件下分别下降30%和44%，再结合200 μM NaHS可使FRAP值重新上升，说明H₂S的调控作用具有时间与浓度双重依赖性。

3.5. PAL酶活性

PAL是酚类合成途径的关键酶。盐胁迫和干旱胁迫均能诱导其活性上升，300 mM NaCl处理14天使PAL活性提高49%。NaHS（100 μM）进一步强化该效应，在150 mM NaCl条件下使PAL活性提升161%，说明H₂S可通过加强苯丙烷代谢增强抗氧化防御。

3.6. HPLC酚酸组成分析

NaHS（200 μM）在300 mM NaCl胁迫下使绿原酸含量提高86%，在25% FC干旱条件下使没食子酸含量提高444%，罗勒酸含量提高205%，表明确保特异性酚酸的积累是H₂S增强抗逆性的重要机制。

3.7. 精油成分的GC-MS分析

盐胁迫和干旱均能调控薰衣草精油中单萜类成分。300 mM NaCl使β-蒎烯、1,8-桉叶素和樟脑含量分别提升13%、66%和21%。NaHS（200 μM）进一步促进这些成分积累，尤其在干旱条件下使1,8-桉叶素含量提高73%，表明H₂S有助于维持精油品质与抗逆功能。

3.8. 单萜合成相关基因表达

基因表达分析显示，盐胁迫和干旱均能显著上调CINs基因（编码1,8-桉叶素合成酶）表达，300 mM NaCl使其表达量提高596%。NaHS（100 μM）进一步强化该效应，在150 mM NaCl条件下使CINs表达提升78%。相反，LINs基因（芳樟醇合成酶）在盐胁迫下被抑制，而在干旱条件下表达激增，NaHS处理可调节其表达趋向平衡，体现H₂S在基因层面的精细调控作用。

本研究通过多组学指标系统揭示了NaHS在薰衣草盐旱胁迫下的双重角色：一方面通过激活酚类代谢和抗氧化系统缓解氧化损伤；另一方面通过调控单萜合成基因促进精油活性成分积累。研究结果不仅深化了对H₂S信号通路在植物抗逆中作用机制的理解，也为薰衣草在逆境条件下的栽培改良提供了理论依据与实践策略。