干旱胁迫对紫苏生长及品质的影响开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

1.本课题的意义

紫苏(Perilla frutescens(L.)Britt)为唇形科一年生草本植物，其干燥叶、茎和干燥成熟果实入药，分别为紫苏叶、紫苏梗、紫苏子。紫苏叶具有解表散寒，行气和胃，安胎，解鱼蟹毒之功效；紫苏梗具有理气宽中，止痛，安胎之功效；紫苏子具有降气消痰痰，平喘润肠之功效^[1]。紫苏作为我国的一种传统草药，已被开发为十余种中药制剂^[2]，可用于治疗多种疾病，也是我国卫生部首批颁布的“药食同源”的60种中药之一，除此之外，紫苏在香料、油料、营养食品及精制品等方面的开发也有其开发价值^[3]。紫苏含有多种化学成分，如挥发油类，黄酮及其苷类，萜类等，而其中主要的化学活性成分则是挥发油^[4]。对于紫苏的经济价值的开发，国内为也在不断地进行新的尝试与探索，开发各类紫苏保健品、紫苏功能性饮料^[5]。近年来，随着紫苏药材的需求量逐渐增加，其栽培面积在不断加大。然而在栽培过程中发现，紫苏的生长易受干旱天气的影响。随着全球变暖，水资源的匮乏造成我国干旱地区的面积不断增大，干旱胁迫对植物的生长发育、代谢以及植物的产量等均有重要影响^[6]，严重影响紫苏的生长及品质，但目前各界学者对紫苏的研究主要集中在紫苏的药理和化学方面，而关于干旱胁迫对紫苏生长及活性成分影响的研究却少有报道。因此，本试验以紫苏实生苗为试验材料，研究干旱胁迫对紫苏生长与品质的影响，探讨干旱胁迫对紫苏生理生化指标及活性成分的影响，旨在为紫苏的耐旱性研究及合理灌溉提供理论依据。

2.国内外研究概况

国内外目前对于紫苏的挥发性物质的测定已有相关研究，黄明正等^[7]通过比较不同预处理方式对紫苏挥发性物质的影响得出不同预处理方式紫苏各组分挥发性成分的数量及种类不同；张玲^[8]通过固相微萃取法及GC/MS分析，测定了不同采收时期和不同采收部位的紫苏中的主要活性成分（紫苏酮、迷迭香酸、叶黄素、β-胡萝卜素）的含量，研究发现4种活性成分都主要分布于紫苏叶中。张琛武等^[9]研究紫苏醛型种质紫苏醛含量的变化规律，得出结论发现种质因素是最主要的影响因素，采摘部位和采样时间次之。

关于紫苏的干旱胁迫研究方面，郭鹏辉等^[10]在不同浓度PEG对紫苏种子及幼苗处理的情况下，测定SOD等生理活性指标，从而得出结果：干旱胁迫对紫苏种子及幼苗有一定的抑制作用。李爱等^[11]通过不同浓度褪黑素处理PEG模拟干旱胁迫下的紫苏幼苗并测定生理活性指标得出中高浓度的外源褪黑素处理能提高紫苏幼苗的抗旱能力。植物在生长过程中会多方面受到外界环境的影响，而其中干旱胁迫占所有胁迫的比例为26%，在环境胁迫中分布最为广泛^[12]。

国内关于植物的干旱胁迫的研究已有见报道，武曦等^[13]探究了各个梯度水分条件下薄荷幼苗的生理变化情况，发现薄荷幼苗在生长过程中可以经过各种保护酶以及渗透调节物质之间的相互协调有效抵御干旱逆境。李涛等^[14]的研究表明一定程度上的

干旱胁迫会迫使菘蓝幼苗长出更长的根以吸收更多的水分，但严重的干旱胁迫会对其造成伤害。张宇^[15]通过研究不同干旱条件下柴胡皂苷合成关键酶基因的表达量及皂苷含量发现：皂苷合成关键酶基因的表达量和皂苷含量间存在显著正相关，从而得出结论适度的干旱胁迫有利于皂苷合成关键酶基因的表达，从而提高柴胡皂苷的含量。苟升学等^[16]通过测定香紫苏叶片中脯氨酸、丙二醛和叶绿素的含量并研究其光合特性得出香紫苏生理因子和光合作用对干旱胁迫有一定的适应能力，但重度胁迫会对其造成严重影响。王玉林等^[17]通过研究发现在抗旱胁迫处理过程中，不同材料在生物形态上表现出显著的差异，具有耐旱性的材料的生长量要显著高于旱敏感材料。

关于干旱胁迫下对植物挥发物质的影响，周洁^[18]认为轻度的干旱胁迫、病害及机械损伤有提高茅苍术植株挥发油总量的作用，但重度的干旱胁迫、病害及机械损伤反而降低挥发油总量。顾永华等^[19]研究了轻度和重度干旱胁迫与涝渍胁迫对茅苍术根茎生长及挥发油含量的影响，其结果表明，水分胁迫对茅苍术根茎生长量和挥发油含量的影响效应是一致的，对根茎生长量影响不显著的水分条件则有利于挥发油成分的积累。

3.应用前景

紫苏具有降气消痰、平喘润肠等功效，属于第一批被中国卫生部确定的既是食品又具有医药保健功能的物质，且其含有大量营养成分和微量元素，可当作蔬菜食材直接利用；其还有一定药用价值，可开发独特的具保健功能的保健品、化妆品^[20]；其有独特的芳香味，可作为调味料或甜味剂；另外，又因部分特殊芳香物质具有抗氧化、抑菌等作用^[21]，在食品工业中常被加工成食品的天然防腐剂、抗氧化剂和抑菌剂等应用广泛^[22]。本试验通过研究干旱胁迫对紫苏各生理指标及挥发油含量的影响，旨在为紫苏耐旱性生理研究及提高其药用成分含量提供理论依据与指导。

研究的目标、内容和拟解决的关键问题

1 研究目的

研究干旱胁迫对紫苏生理生化特性及挥发油含量的影响。

确定紫苏栽培中水分较适宜条件，为紫苏栽培中水分的合理调控奠定理论基础和科学依据。

2 研究内容

用紫苏作为试验材料，设置3个干旱胁迫处理：轻度胁迫，RWC（土壤含水量占田间持水量的百分数）为65%~70%；中度胁迫，RWC为45%~50%；重度胁迫，RWC为25%~30%，每个处理10个重复。实验以正常供水为对照（CK），土壤相对含水量（RWC）为85%~90%，测定其生理指标及品质指标。

2.1生物量测量

生物量在形态上直接表达了植物的生长发育情况，对紫苏进行生物量观测，用卷尺测量紫苏的株高。紫苏于7月底收获后，每个处理随机选择6株，统计单株地上部分鲜重，105℃杀青15 min，60℃烘至恒重后，称其干重。

2.2相关生理指标测定

SOD活性采用氮蓝四唑法；POD活性采用愈创木酚法；CAT活性采用高锰酸钾滴定法，MDA含量采用硫代巴比妥酸法。可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法。可溶性糖采用3,5-二硝基水杨酸测定还原糖法。相对电导率采用电导仪法测定。

2.3有效成分测定

紫苏的主要活性成分是挥发油，挥发油的含量决定了紫苏品质的好坏。参考《中国药典》2015版的方法测量紫苏的挥发油含量。

3 拟解决的关键问题

3.1 实验中注意取样具有代表性，均匀一致。

3.2 由于酶活性易受外界环境影响，进行酶活性测定时需进行多次尝试，以确保结果的准确性。

3.3 实验数据统计存在人为因素的干扰。

3.4 实验中注意控制变量。

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1 研究方法

本试验以盆栽紫苏为材料，设3个干旱胁迫处理：轻度胁迫、中度胁迫、重度胁迫，1组进行正常供水为对照。通过控制土壤相对含水量来达到干旱水平，各处理重复10次，测定紫苏的各项生理指标、活性成分含量以分析实验结果。

2 技术路线

3 实验方案

本试验在南京农业大学日光温室内进行。2018年4月27日进行紫苏种子育苗，育苗基质是蛭石和营养土体积比为1:1的混合基质。待紫苏幼苗长至四叶一心后，于2018年5月8号移栽至直径25 cm，高22 cm的塑胶盆中，每盆3株，栽种深度5 cm。栽培基质是蛭石、营养土和珍珠岩体积比为4:2:1混合基质。待紫苏长至25 cm后，采用盆栽控水方法，对紫苏进行干旱胁迫处理。试验设3个干旱胁迫处理：轻度胁迫，中度胁迫，重度胁迫，每个处理10个重复。实验以正常供水为对照（CK）。

干旱胁迫于6月27日开始进行，每天17:30采用土壤水分速测仪（TDR100）测定土壤含水量，计算后补充当天消耗的水分，使土壤相对含水量维持在设定范围内，共处理35 d，生理指标于处理21 d、28 d、35 d时测定，生物量及品质指标于处理35 d后统一进行测定。

3.1紫苏生物量的测定

紫苏于7月下旬收获后，每个处理随机采集6株，洗净，称量紫苏株高、鲜重，杀青，60℃烘至恒重后，称其干重。

3.2相关生理指标测定

超氧物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法；过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法；过氧化氢酶（CAT）活性采用高锰酸钾滴定法。可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250染色法。可溶性糖采用3,5-二硝基水杨酸测定还原糖法。相对电导率采用电导仪法测定。

3.3有效活性成分测定

参照《中国药典》2015版的方法测定紫苏叶中挥发油含量。将阴干后的紫苏粉碎过20目筛，称取粉末50 g，置于1000 ml圆底烧瓶中，提取挥发油5 h，读取挥发油体积，加适量无水硫酸钠对挥发油进行干燥，求其得油率。

GC-MS色谱条件：色谱柱为HP-5石英毛细柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm），进样温度：280 °C，初始温度：60 °C，以5 °C·min^-1升至260 °C，载气为高纯氦气，进样量为1 μl，分流比为100:1。质谱条件：电离方式为EI，离子源温度200 °C，电子能量70 eV，检测电压0.8 kV，扫描范围40~450 amu。定性分析根据各色谱峰对应的质谱图经GC-MS Solution色谱工作站数据处理系统检索进行定性，质谱数据库为NIST11谱库。各组分的相对含量根据总离子流图由计算机采用峰面积归一化进行计算。

4 可行性分析

4.1本项目具有明确的目的，实验设计合理，具有可操作性。

4.2在技术力量上，指导老师王康才教授有多年的药用植物栽培经验，可以为我们提供指导。

4.3南京农业大学中药研究所具备完善的实验设备，并且王康才老师的栽培经验为指导。

4.4本人已经完成了《无机化学》、《有机化学》《药用植物学》《药用植物栽培学》《植物生理学》《田间试验与统计管理》《中药鉴定学》等基础课程，具备了完成实验的基础。

特色或创新之处

目前国内外关于紫苏的生长与已经有一定研究，但干旱胁迫对紫苏的生长研究比较少。随着全球水资源的紧缺现象越来越严重，研究探讨关于干旱对于紫苏的生理生化及有效成分的研究将有效的提高紫苏的经济价值。本试验通过研究干旱胁迫对紫苏的影响，为紫苏合理灌溉提供理论依据。

研究计划及预期进展

1 研究计划

掌握紫苏生长发育规律，通过研究干旱胁迫对紫苏生长发育、产量品质的影响，分析干旱对紫苏价值的影响。

2 预期进展

本实验计划在2018年2月-2019年3月内完成。

2018年2月-2018年3月：查阅相关资料，进行实验准备。

2018年3月-2018年11月：进行紫苏种植、移栽、管理，定期观察、测量、记录。

2018年11月-2018年12月： 进行活性成分测定及数据处理。

2018年12月-2019年3月：完成数据整理及撰写毕业论文，准备答辩。