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Effects of salt stress on the growth physiology and secondary metabolism of medicinal plants

  • XUE Peng 1 ,
  • ZHANG Ting 1 ,
  • DAI Dongming 1 ,
  • WANG Miao 1 ,
  • LU Xue 1 ,
  • SHAO Yupeng 2 ,
  • DUAN Jiaru 3
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  • 1. Tongliao City Agriculture and Animal Husbandry Development Center, Tongliao 028000, China
  • 2. Tongliao City Farmland Construction Service Center, Tongliao 028000, China
  • 3. Tongliao City Khorchin District Agriculture Popularization Station, Tongliao 028000, China

Received date: 2025-03-12

  Online published: 2025-12-17

Abstract

The research on the effects of salt stress on the growth, physiology, and secondary metabolism of medicinal plants was reviewed. In terms of growth, medicinal plants exhibit varying responses to salt stress during germination and growth stages. Low-concentration salt stress may promote seed germination in Salvia miltiorrhiza (if the salt concentration is 20 mmol/L) or enhance seedling growth in Periploca sepium (if the salt concentration is 0.2%-0.5%), while high-concentration stress often inhibits biomass accumulation and induces morphological changes such as alterations in root-to-shoot ratio. At the physiological level, salt stress induces membrane lipid peroxidation in medicinal plants, leading to increased malondialdehyde content and relative electrical conductivity, resulting in cellular membrane damage. To scavenge reactive oxygen species, the activities of antioxidant enzymes such as superoxide dismutase and peroxidase initially increase but subsequently decline. Regarding secondary metabolism, moderate salt stress can enhance the accumulation of pharmacologically active compounds, such as flavonoids, alkaloids, and cardiac glycosides, in various medicinal plants (e.g., Pogostemon cablin, Rumex japonicus, and Taraxacum mongolicum), thereby improving the quality of medicinal materials. In summary, low salt stress may promote the growth of some salt-tolerant medicinal plants, but stress beyond their tolerance range causes cellular damage. Appropriately applied salt stress can stimulate the production of higher levels of active compounds in certain medicinal plants. This review provides insights for selecting suitable soil conditions for medicinal plant cultivation.

Cite this article

XUE Peng , ZHANG Ting , DAI Dongming , WANG Miao , LU Xue , SHAO Yupeng , DUAN Jiaru . Effects of salt stress on the growth physiology and secondary metabolism of medicinal plants[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(23) : 64 -67 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.23.015

近年来,仅依靠药材小规模栽培和采挖野生资源较难满足日益增长的市场需求。为保障中药材的稳定供应和品质提升,规模化栽培和生态种植模式的应用显得尤为重要[1]
植物根据其耐盐特性可分为盐生型和非盐生型两大类[2]。非盐生植物的生长在盐胁迫下会受到抑制,其胁迫程度与盐分水平呈正相关;而盐生植物可在一定盐度范围内正常生长,当外界盐浓度超过其最适生长值时可能会使其生长受限。在药用植物的种植过程中,盐胁迫会对植物产生一定影响,体现在药用植物的生长发育、生理生化指标及药效成分的积累等方面。部分药用植物对盐分环境具有特殊适应性,适宜浓度的盐分环境不仅不会抑制其生长发育,反而可能促进其生物量积累或提升特定次生代谢产物的合成水平,进而提高药材品质[3]。因此,研究盐胁迫对药用植物生长、生理及药材品质的影响,对促进药材高质量生产具有重要意义。本文综述了盐胁迫下部分药用植物的生长特性、渗透调节物质、细胞质膜透性、抗氧化酶活性和次生代谢等方面的研究进展,为药用植物安全可持续生产提供参考。

1 盐胁迫对药用植物生长的影响

药用植物种子在萌发期的抗逆性远低于生长期,对环境胁迫较敏感。赵琴等[4]对红花种子萌发及生长情况进行研究发现,盐胁迫导致7个参试红花品种的种子发芽率、发芽势、相对发芽率和相对发芽势整体下降,低浓度盐胁迫与清水对照组相差不大。牛灵慧[5]对丹参种子进行盐胁迫处理发现,与对照组相比,20 mmol/L NaCl溶液处理可提高其种子的发芽率、发芽势和发芽指数等萌发指标。由此可知,不同药用植物对盐分的敏感性存在差异。
药用植物遭受盐胁迫伤害的程度能在其外部形态以及生长状况中直观体现[6]。丁久玲等[7]加入不同浓度NaCl溶液对铁皮石斛幼苗进行盐胁迫试验,发现在低浓度盐胁迫(50~100 mmol/L)环境下,其幼苗叶片的枯黄率会受到抑制,说明铁皮石斛幼苗可在一定范围内适应低浓度盐胁迫环境。药用植物在遭受盐胁迫时所产生的形态学变化主要反映在其生物量的具体分配上。郝艳玲等[8]以盆栽白榆幼苗为试验材料,研究发现盐浓度的升高会显著降低白榆幼苗总生物量;在整个试验期间,各盐浓度下(0~100 mmol/L)的根冠比均大于对照组,说明白榆幼苗为适应盐胁迫,会促进自身地下部的生长。韩翠婷等[9]以培养30 d的杠柳实生苗为材料,研究发现,杠柳幼苗可在中低浓度盐胁迫(0.2%~0.5%)条件下保持良好的生长状态,且与对照组相比,其各器官的干物质积累量均有所增加。张潭等[10]研究发现,当盐胁迫浓度增加时,枸杞幼苗根、茎、叶等器官的生物量会受到显著抑制。
综合来看,在面对盐胁迫时,药用植物耐盐特性有所不同,盐生植物在低浓度胁迫下具有较好的适应性。

2 盐胁迫对药用植物生理的影响

盐胁迫不仅会抑制药用植物的外部生长,还作用于植物内部的生理生化过程。当外部盐分浓度升高时,为维持细胞稳态,植物会生成渗透调节物质、改变细胞质膜透性和抗氧化酶活性。其具体影响机制如下。

2.1 对细胞渗透调节物质的影响

在植物遭受逆境的过程中,渗透调节物质起到重要作用,可有效防止细胞水分流失,从而保障其在胁迫条件下的正常生理机能[11]。渗透调节物质的含量能在一定范围内衡量其抗逆性强弱。盐胁迫下细胞内渗透调节物质增加,有助于稳定细胞内渗透压。信龙飞等[12]研究表明,栝楼幼苗叶片中的可溶性糖和可溶性蛋白含量随盐浓度(0~0.5 mol/L)的增加呈先升后降趋势。张美茜等[13]以2年生桔梗盆栽苗为试验材料开展研究,发现盐胁迫会抑制桔梗的正常生长,且随着盐浓度(0~600 mmol/L)和胁迫时间的增加,其叶和根中脯氨酸含量显著增加。吕玲霞[14]研究发现,当盐溶液浓度增加时,黄芩叶片中的脯氨酸和可溶性蛋白等渗透调节物质的含量会发生变化,其中脯氨酸含量持续上升,可溶性蛋白含量先增加后减少,这可能是过高的盐浓度抑制了叶片中可溶性蛋白的合成,导致其浓度降低。
由此可见,盐胁迫下药用植物细胞内会生成渗透调节物质,以维持渗透压平衡,从而较好地适应盐胁迫,但若超出其耐受范围,细胞受损则会抑制部分渗透调节物质的生成。

2.2 对细胞质膜透性的影响

植物细胞生物膜的破损主要源于膜脂的过氧化反应,丙二醛含量可用于衡量其细胞受损程度[15]。胡莹冰等[16]对华中冬青幼苗进行盐胁迫发现,其相对电导率和丙二醛含量在盐浓度(0~9 g/L)和胁迫时间增加的条件下不断上升。石诗叠等[17]研究发现,50~200 mmol/L NaCl胁迫使滇黄精幼苗叶片中丙二醛含量和相对电导率上升,叶片细胞受到损伤。
由此可见,盐胁迫下部分药用植物细胞受损会生成大量的丙二醛,此时细胞内抗氧化酶会起到维持细胞活性的作用。

2.3 对细胞抗氧化酶的影响

抗氧化酶的活性是反映植物代谢状态与抗逆性的重要指标,具有较高抗氧化酶活性的植物对盐胁迫的适应性更强[18]。徐宠然等[19]研究发现,100 mmol/L盐浓度胁迫处理10 d,半夏各部位的抗氧化酶活性呈上升趋势,表明半夏具有一定的耐盐性,但若进一步增加胁迫,超过其耐受程度,酶活性会持续降低,使植物细胞受损。韩翠婷等[20]研究发现,杠柳幼苗根及茎的抗氧化酶活性随着盐胁迫浓度(0.2%~2.0%)的升高呈先上升后下降的趋势,说明该植物具有强耐盐性。赵小雨[21]以1年生九里香盆栽幼苗为试验材料开展研究,发现随着盐胁迫程度的加深,其幼苗叶片中的超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性呈先降低后升高的趋势,而过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶活性则呈先升高后降低的趋势。细胞通过提高抗氧化酶活性来清除体内活性氧,从而缓解盐胁迫对植株造成的不良影响。
由此可见,抗氧化酶在植物抗逆生理中起到重要作用,在一定程度上能抵御外界胁迫,但若超出耐受范围,则会产生不可逆损伤。

3 盐胁迫对药用植物次生代谢的影响

药用植物的有效成分主要为次生代谢产物,如黄酮类、萜类、生物碱等。逆境胁迫会影响其次生代谢产物的产生与积累,使其体内药效成分的积累过程发生改变[22-24]。在未超出药用植物盐胁迫的耐受范围时,适度的盐胁迫可促进其次生代谢产物的分泌。因此,深入探究盐分条件对药用植物次生代谢产物的调控作用,不仅有助于阐明其活性成分的生物合成途径,更可为开发基于盐分调控的有效成分诱导策略及优化药用植物栽培技术体系提供理论基础。
Zhu等[25]研究表明,药用蒲公英在轻度盐胁迫条件下栽培,有利于其有效成分咖啡酰奎宁酸的积累。袁柳娇等[26]研究发现,适度盐胁迫(50~100 mmol/L)下的广藿香幼苗药效成分含量显著增加,叶片中百秋李醇和广藿香酮2种有效成分的含量明显高于对照组,其药材品质明显提高。李江楠等[27]研究发现,随着盐胁迫的加剧,药用植物羊蹄根部大黄素、大黄酚和大黄素甲醚等药效成分显著增加,在盐浓度为200 mmol/L时,3种成分的含量达到最大,均显著高于对照组。中度盐胁迫可显著提高杠柳幼苗体内总甾体、强心苷类等药效成分的含量,重度盐胁迫可显著提高其4-甲氧基水杨醛的含量[20]
由此可见,在适度盐胁迫下,部分药用植物会促进黄酮、生物碱等次生代谢产物的合成与积累,从而提升其药效成分含量。

4 结语

本文综述了盐胁迫对部分药用植物生长、生理及次生代谢产物的影响。盐胁迫虽然对药用植物的生长和生物量的积累有影响,适度的盐胁迫能够促进植物次生代谢活性的提高,增加有效成分的积累,适度的盐胁迫还能改变植株形态和生理,优化物质分配,进而产生差异化的代谢产物。因此,充分认识盐胁迫对药用植物生长及其药材品质的重要作用,并采取适宜的管理措施,对提高药用植物的品质具有重要意义。现阶段,对于盐胁迫与次生代谢产物积累之间的具体分子机制尚不清楚,因此,深入探究药用植物活性成分的生物合成途径与耐盐相关基因之间的相互作用,是药用植物盐胁迫下一步的研究方向。
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