全 文 ：文章编号:1000-193X(2000)02-0077-08
Effects of salt stress on growth ,water relation and
essential oil content of basil leaves
摘 要:本研究旨在寻找增加芳香植物罗勒(Ocim um basi licum L .)的次生代谢产物(精油)的有效途径 ,
对罗勒生长过程中制造一种盐分压力的环境胁迫的手段进行了尝试性研究 。用本研究设计的高浓度的复合
盐配方处理的结果表明:虽然在盐分胁迫下的罗勒水势降低 , 气孔阻力加大 , 蒸腾速度减弱 , 但没有对罗勒
的生物量产生大的影响 ,相反却提高了精油含有率 。
关键词:罗勒;盐胁迫;精油含量
中图分类号:S 573.01 文献标识码:A
罗勒在盐胁迫条件下水分生理
及精油含量的变化
姚 雷 1 ,高野 泰吉 2 ,铃木 茂敏 2
(1.上海交通大学 植物科学系 ,上海 201101;2.日本名城大学 农学部 ,日本名古屋 468)
第 18卷第 2期
2000年 6月 上 海 农 学 院 学 报Journa l of Shanghai Agricultural College Vol.18 No .2Jun.2000
收稿日期:2000-01-12;修稿日期:2000-03-01
基金项目:日本名城大学文部省奖学金获得者博士论文资助项目
作者简介:姚 雷(1963 ～),女 ,上海人 ,上海交通大学副教授 ,博士;高野泰吉(1926 ～ 1999)日本名城
大学教授 ,博士 ,原国际园艺学会药用芳香植物学会副会长 .
罗勒(Ocimum basi l icum L.)原产以印度为中心的热带亚洲 ,现广泛分布于热带的各个
YAO Lei1 , Taikichi Takano2 ,Shigetoshi Suzuki2
(1.Dept.of P lant Science , Shanghai Jiao tong Univ .,Shanghai 201101 , China;
2.College o f Agrilculture ,Meijo U niv .,Nagoya 468 , Japan)
Abstract:The experiment was designed to search a pathway of increasing secondary metabolism sub-
stance or essential oil content of Ocimumbasilicum L., The plants were given a salt stress condition by
supplying high concentration combined salt with the nutrient solut ion.The result shows that leaves
water potentials are decreased and stomatal resistance is increased and transpiration rates are decrease
with the combined salt treatment , whereas the biomass is not remarkably decrease , moreover those es-
sential oil content of leaves with the combined salt treatment are increased clearly.
Key words:Basil;salt stress;essential oil content
78 上 海 农 学 院 学 报 第 18卷
地方 , 在我国少数地区也有栽培 , 罗勒的叶子除作为蔬菜食用外 , 从叶子中提取的精油还能
应用于番茄酱的加工制品 、肉制品 、点心 、面包中等 , 同时还由于精油中大量含有 Eugeno l 、
Linalool 、1 , 8-Cineol 、γ-Terpinene 、Cit ral等成分 ,被添加在口腔清凉剂 、牙膏中和作为香
料在化妆品中使用。在欧洲 、美国和日本对罗勒的需求量每年都在递增 ,有关如何提高罗勒
精油含量和如何改善罗勒精油品质的研究国外早在 70年代就已经开始 。
20世纪 80年代欧洲的研究者 [ 1] 已经证明罗勒的绝大多数精油成分都是经过莽草酸途
径和甲瓦龙酸途径的次生代谢产物。由此便产生了采用怎样的技术手段能够刺激次生代谢
产物的增加的研究。因而从 80年代后期直到今天 ,通过调控栽培品种 、栽培环境 、栽培管理 、
收获时期 、 收获后处理 、 精油提取法等因素来寻求提高精油含量的技术研究论文比较多。
1987年日本的市村等人在研究光的强度对罗勒含油率的影响中发现:光越强罗勒的含油率
越高[ 2] 。1990年又进行了不同温度和日照处理后的罗勒的精油含量变化 ,其结论是:高温和
长日照抑制了生物量的增加 ,却提高了精油的含量[ 3 ] 。接着他们在 1994年发现了将土壤的
干燥度增加到 pF2.5时出乎意料地发现在生物量减少的同时 , 精油含量却增加了 [ 4] 。1996
年市村 , 大黑等人用高于基本培养液 9倍的浓度去处理罗勒的结果为:水势降低得非常剧
烈 ,但总精油含量却增加了许多[ 5] 。山本等人[ 6]从 1994年到 1997年尝试了各种打破基本培
养液中各营养元素的平衡关系的特殊营养液配方来处理植株 , 初生代谢的生物量的积累都
被抑制 ,但次生代谢的产物却有明显的增加。
以上结果表明:适当的环境胁迫可能会导致次生代谢产物的增加 ,对于芳香植物来说可
能会诱导精油含量的增加 。本实验正是根据这一设想而设计出盐胁迫的环境压力 , 它与前
人所作实验的不同处是:采用的复合盐配方的组成元素是笔者参考了我国干旱地区盐碱地
中盐类的组成元素 , 而这些元素不都是对初生代谢有利的元素 ,另外浓度的设置为
40meqL
-1再加上基本培养液为 40meqL -1 ,总和为 80meqL-1的高浓度 。笔者曾用类似的配
方和同样的浓度对叶类蔬菜青梗菜和菠菜进行过处理 [ 7] , 这种处理对生物量的增加具有微
弱的抑制作用 ,但脯胺酸 、可溶性糖 、游离氨基酸的含量增加 。而已经有许多实验证明 ,植物
在受到盐分压力或水分胁迫的时候 ,细胞中不仅仅脯胺酸的含量增加 ,还有许多小分子有机
化合物的量都在增加[ 8 , 9] ,比如:甜菜碱 、氨基丙酸甜菜碱等 , 这些物质最初是作为抵抗外界
压力 , 降低细胞渗透势而产生的 , 那么对香料植物而言 , 这种盐类胁迫是否也能促进次生代
谢产物精油的增加呢?这便成为本实验的一个间接目的 。另外本实验在处理过程中还进行
了水分生理及气孔阻力 、蒸腾速度的测定 , 一方面是为了测试这些生理指标的变化 , 同时也
验证了这样的盐类溶液处理的确对植物的正常生长带来了胁迫。
1 材料与方法
1.1 材料
来源于日本 TAKI I 种苗会社出售丹麦产学名为 Ocimum basi licum L ., 英文名为
Sw eet basi l的绿叶品种 。植株高约 60 ～ 90㎝。
1.2 实验方法
79第 2期 姚 雷 ,等:罗勒在盐胁迫条件下水分生理及精油含量的变化
1995年 8月 15日在名古屋名城大学校内人工气候温室内(小系工业制)设置的育苗盘
中播种 , 温度设定为 25/20℃, 真叶 2片展开时逐棵移至同一环境中的岩棉 (5㎝×5㎝×
3㎝,中东纺织)中 ,并将住友液肥A+B液稀释 2000倍进行施肥 ,9月 12日真叶 6片时再将
植株每两棵移植在体积为 a/5000充满木曾川
砂的硬制塑料钵体中 , 钵体放置在校内普通玻
璃温室内 ,并设定半数(30钵 , 60株)为对照区 ,
半数为复合盐处理区 。9月 15日起隔日对对照
区进行住友液肥稀释 1000倍约 40meqL -1 浓度
的灌溉处理 , 对复合盐处理区进行住友液肥
40meqL
-1再加入 40meqL -1 复合盐(表 1)合计
80meqL-1的隔日灌溉处理 。每次灌溉量为每
钵 500m l ,处理 3周后对每处理区每钵中的一株
进行气孔阻力和蒸腾速度的测定 , 处理 4周后
对同样植株进行水势测定 , 在处理开始时和处
理后的第 7 、第 13 、第 20、第 29 、第 36天测量每
株的地上部的植株高度 、主茎及分枝的叶数 , 最
大叶长和叶宽。10月 21日收获并测定未进行水
势测定的钵体中的另一株的各项生物学指标和对叶片进行精油分析。
1.3 气孔阻力和蒸腾速度的测定方法
选择植株主茎第 10 ～ 12片叶子 ,使用便携式稳态气孔计(型号 LI-1600 ,美国)在玻璃
温室的自然条件下进行。由于考虑到其他环境因子也会产生影响 ,所以同时也进行了光强 ,
气温 ,叶温及饱和差(S aturat ion deficit)的测定 。
1.4 水势 ,渗透压的测定
在 10月 17 ～ 20日每天 13∶00时对主茎第 12或 13片叶子的中间部分 ,用打洞器取下
直径为 0.5㎝的叶子 ,采用蒸气压渗透压计(型号 5100 ,美国WESCOR社制)进行测定 。叶
子的饱和水分不足度(WDS)是由下列公式计算而来:
WDS=(饱和时重-采收时重)/(饱和时重-干燥后重)
1.5 精油提取法及测定法
称取 40g 在-35℃中冻结的罗
勒叶子 ,加入约 0.5g 无水硫酸纳 ,用
40ml n-hexane 溶液抽取 , 作为内
部标 准物质的 0.2%Ane thole -
hexane 加入 2m l进行碾末 。吸取抽
出液部分移入离心管中 ,离心前加进
0.5g 活性炭 , 在 1500r/min 下离心
5min , 提取上清液在旋转蒸发器上
浓缩 , 定容后用气相色谱仪进行分
析 。
气相色谱分析条件如表 2。
80 上 海 农 学 院 学 报 第 18卷
2 结果与分析
2.1 生物学指标的变化
整个生长期分别对植株高度 、主茎叶数 、侧枝叶数 、最大叶长和叶宽进行了 6次测定 ,其
结果如图 1 ～ 4所示。无论是对照区还是复合盐处理区 ,以上的生物学指标都随着生长的进
程数值在增长 ,但高浓度复合盐的处理使它的各项指标均低于对照区。如处理 36d后的盐处
理植株高度比对照区降低 15%, 主茎的叶数处理区与对照区没有差别 , 但侧枝的叶数处理
区要比对照区少 12%, 最大叶长和叶宽盐处理区都要比对照区有所降低。以上结果表明复
合盐处理影响了植物的生长并改变了植株的形态。
收获时植株的鲜重和干物重如表 3所示。一棵植株地上部的总鲜重处理差异不显著 ,但
81第 2期 姚 雷 ,等:罗勒在盐胁迫条件下水分生理及精油含量的变化
盐处理区的叶部重量要比对照
区轻 , 相反茎的重量要高于对照
区;盐处理区叶部和茎部的干物
重均高于对照区 , 这表明经过复
合盐处理的罗勒植株虽然微弱
缩小了植株的体积 , 但由于干物
率的提高 , 并没有减少地上部干
物质的总重量。
2.2 水分生理的变化
作为对抵抗盐分压力或在
不良环境下吸水能力的指标水
势和渗透势的测定以及饱和水分不足度的测定结果如表 4所示。4d中盐处理区的水势和渗
透势均低于对照区 , WDS 也呈现出略高于对照区的趋势 , 说明本实验设定的盐类溶液的确
降低了细胞的含水量 , 而且
影响了植物的伸长生长 , 同
时又结合上一结果看出该
盐浓度并没有从根本上阻
止干物质的积累 。
2.3 气孔阻力和蒸腾速度
的变化
为了确认盐处理下的
罗勒叶子气孔阻力和蒸散
速度发生的变化 , 笔者将
11∶30 ～ 15∶30之间测定
的数据表示在图 7 、图 8中 ,
这个时间段的其他环境条
件光强 、气温 、叶温和饱差表示在图 5 、图 6中。从图 7中可以看出盐处理区的气孔阻力数值
多数分散在 2.5 ～ 7.5之间 ,而对照区的数值多数分散在 0.3 ～ 4.5之间 ,也就是说盐处理区
的气孔阻力要高于对照区 。从图 8中可以看出盐处理区的蒸散速度数值多数分布在 4.5～
11之间 ,而对照区的数值多数分布在 9 ～ 14之间 。换而言之 ,盐处理区的蒸腾速度要低于对
照区。这就进一步证明植物在受到盐胁迫时 ,通过降低气孔开度 ,减少水分蒸腾来保证体内
水分的平衡 。
笔者在研究了盐胁迫影响下的植物叶片和对照区的植物叶片的气孔阻力和蒸腾速度的
变化的同时 ,也观察了植株生长的其他环境因素对气孔阻力和蒸腾速度的影响 ,其相关系数
列在表 5中 。从表中可以看出 ,对照区的气孔阻力和蒸腾速度受光强的影响最大 ,气孔阻力
和光强呈现负相关 ,即光越强气孔开度越小。蒸腾速度和光强呈现正相关 ,即光越强蒸腾越
迅速。盐处理区的气孔阻力和蒸腾速度和环境因素的关系则显得比较复杂 ,气孔阻力和空
82 上 海 农 学 院 学 报 第 18卷
气温度及饱差的相关性最强 ,即气温越高气孔阻力越大而饱差(干燥度)越大气孔开度越小;
蒸腾速度和饱差呈负的相关 ,即空气越干燥蒸腾速度越低。以上结果表明:受盐胁迫的罗勒
植株对水分的敏感程度要强于光照 ,盐胁迫下的植株受更多环境条件的制约 。
2.4 叶中精油含量及成分的变化
图 9和图 10表示出 100g 鲜重和 100g 干重中 6种精油成分和精油总含量。无论是鲜重
还是干物重 ,复合盐处理区的罗勒植株的精油含量都高于对照区 ,分别比对照区高出 25.8%
和 32.2%。6种主要精油成分由多到少顺次为丁子香酚(Eugenol),芳樟醇(Linaloo l),桉树脑
(1 , 8-Cineol),γ-松油烯(γ-Terpinene),柠檬醛(Cit ral),草蒿脑(Methy l chavico l)。还可
以看出这些主要的精油成分所占的比例并没有因为盐处理而产生明显的改变 。再结合表 3的
83第 2期
结果 ,由于复合盐处理下的一株罗勒的叶子部分无论是干重还是鲜重和对照区无显著差异 ,
所以可以得出复合盐处理下的一株罗勒的叶子中精油的含量要高于对照区的结论。
3 讨 论
3.1 以上实验结果证明 ,本实验采用的复合盐配方的添加在基本维持植物正常生长的条件
下 , 实际上造成了精油总含量的提高 。这种手段可能成为提高罗勒单位面积精油产量的有
效途径 。这个结论和市村等人所作的将基本营养液浓度提高后促成了精油含量的增加取得
了类似的结果。但本配方采用的元素组成却和市村大有不同。本配方阳离子中 N a+的组成
比例为 25%,而市村的配方中不含 Na+;这又和山本等人所作的提高阳离子中 Mg2+的比例
可产生高的精油含有量的结论是不一致的;可是本配方中将 SO4 设定为阴离子中最高的
比例 ,这一点又与山本等人的 SO4 的优先处理促进精油含量的增加的结果取得了一致。到
底特种离子的影响力大 , 还是整体浓度的影响力大?哪种方法更能提高次生产物的增加 ,从
该研究结果来看笔者更倾向于后一种作法 。
2-
2
姚 雷 ,等:罗勒在盐胁迫条件下水分生理及精油含量的变化
84 上 海 农 学 院 学 报 第 18卷
3.2 精油或其他次生代谢的产物的形成 , 大多是由异戊二烯作为基本骨架 , 再形成各种萜
类结构的精油成分 , 无论是通过莽草酸途径还是乙酸代谢途径 , 乙酰辅酶 A 起到的重要作
用已经被证明[ 10] 。是什么因素能够最有效地促进乙酰辅酶 A向次生代谢方向转化 ,和除此
以外的其他酶的作用还不十分清楚 , 因此有必要在今后的研究中进行各种次生代谢途径中
酶的生理活性研究。
3.3 此项研究的目的并不是进行耐盐性的生理实验 ,而是由本实验证实通过制造一个盐胁
迫的环境条件能够诱导出精油产量的增加 。本实验虽然没有进行植物体内初生代谢产物的
化学成分分析 , 但已有不少实验证明 , 盐分压力迫使植物体内可溶性糖 , 游离氨基酸和其他
小分子有机化合物增加 ,这些物质是否和萜类化合物的合成有内在的联系呢 ,这个问题在今
后的研究中一定有必要进行探讨。
3.4 精油的提取方法现在多采用连续水蒸气蒸馏法(SDE)和超临界二氧化碳抽取法 ,这两
种方法都要比本实验采用的溶媒法更能精确的抽取和能抽取更多种类的精油成分[ 11] 。但本
实验的目的之一是想用前人同样的抽取方法确认精油量的增加或减少 ,故未使用上述方法 。
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