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1、项目名称 莱芜市重要经济作物大蒜优质种源的选育 负 责 人 郑 伟 2010年4月 姓名郑伟性别男出生年月日19811203籍贯山东莱芜从事专业保护遗传学学历和简历（从大学开始填，包括时间、单位、学位、所学专业、从事专业、职称情况）博士 1999.9-2004.7 上海电力学院动力工程系 （学士）2004.9-2005.7 中国科学院研究生院 （硕士）2005.9-2009.7 中国科学院西北高原生物研究所 （博士） 主要从事-濒危植物山莨菪的谱系地理学和保护遗传学研究内容较多，本栏目填不下时，可另接纸续或在本页的背面（以下栏目均可如此） 1 曾经做过和正在做的科研工作以及取得的科研成果（包括
2、研究课题的名称、来源、经费数、人员数、本人在其中的作用及其进展情况项目名称来源及编号经费万元人员完成情况本人在该项目中的地位和作用1.青藏高原极端环境 下重要植物类群进化适应机制研究2.青藏高原极端生境下特有植物进化与适应3.青藏高原高山植物起源、进化与生态适应的研究4珍稀藏药“藏茵陈”原植物的引种栽培中国科学院知识创新工程重要方向性项目020147中科院西北高原生物研究所020141中国科学院020139“西部之光”2001550189887结题结题结题结题参与参与参与参与 2 申请项目的内容、意义、所需经费及预期成果一、 申请项目的意义农业是我国重要的经济支柱，也是我省经济命脉之一。古人云
3、，“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”，现代科学同样研究表明，植物生长在不同环境中，如受到昼夜温差、土质、降雨量和光照长短等影响，其有效部位中所含的营养物质或次生有效化合物也不同。莱芜市是素以盛产葱姜蒜而闻名，即“莱芜三辣”。由于大多数农民在选择种植作物时，多靠产量和经验爱好，缺乏相关科学依据。本研究拟选取我市传统重要经济作物大蒜为研究对象,通过研究莱芜市土壤特质、昼夜光照和降雨量等环境因素，筛选合适的经济作物品种。大蒜（Allium sativum L.）为百合科（Liliacaea）葱属(Allium)多年生草本植物，一般花不育，靠鳞茎无性繁殖。大蒜营养丰富，风味独特，用途广泛。大蒜富含蛋白
4、质、脂肪，维生素C3和钙磷铁硒锗微量元素等，还含有大蒜精油、硫胺素、核黄素和蒜素等次生化合物,这些均是人体重要的营养成分。大蒜鲜食可以佐餐，也可以做调味品、食品添加剂等。另外，还有杀菌、预防肿瘤和癌症、降低血糖和防治心脑血管疾病等药效保健作用。目前，研究比较多的是大蒜精油。大蒜精油是大蒜中所有含硫化合物的总称，这些物质中的硫原子具有高度的活性，能自发地转变成多种有机硫化合物。大蒜中的所有含硫化合物大多具有广泛药理、药效作用，也是构成大蒜特有辛辣气味的主要风味物质。目前，研究药材种植与环境相互关系的工作在我国开展得比较深入；而相应的，农作物产品种植和环境因子相互关系还未受到足够的重视。很多研究发
5、现，大部分不同种植地药材的药用成分含量存在显著区别，如：吴剑峰等(2004)研究了香茶菜属溪黄草（主要是狭基线纹香茶菜, Rabdosia lophanthoides var. gerardianus (Bentham) H. Hara）不同种植基地的有效成分含量差别，发现不同种植地的熊果酸含量存在显著区别；苏建等(2004)发现不同产地的西洋参皂甙成分含量存在一定的区别；栽培川穹在分类上都只来源于一个种，Ligusticum chuanxiong Hort.，在不同地域栽培有不同的品种，这些来自不同生态环境的品种之间存在有效成分含量以及重金属的显著区别（刘彩霞等, 2004）。而作物品种量效
6、比（产量和有效次生代谢产物比例）与环境因子的相关性的研究比较少。莱芜市气候属暖温带大陆性季风气候，四季分明。年平均气温约12度，降水量760.9毫米，莱芜包括约丘陵、盆地和平原等复杂地形。由于地域（经纬度和海拔）、光照和降雨量差异，不同的作物品种在不同的生存环境中，其营养成分和有效成分的含量存在较大差异。与此同时，我市市场上大蒜存在多个品种，参差不齐，而这些品种量效比很可能同样存在较大差异。目前，哪个品种的大蒜最适合莱芜地区栽培种植，营养成分和次生有效成分含量比例最高并未见相关报道。拟解决的关键问题是（1）在莱芜市环境下，大蒜的不同品种的产量和有效次生化合物含量是否有显著区别；（2）在同一生长
7、地，不同品种的产量和次生化合物有效成分的含量是否有差异？（3）在不同生长地，大蒜的同一品种的产量和营养成分含量是否有差异？另外，市场上的大蒜品种混淆，量效比更是参差不齐，通过本研究，能够统一推广大蒜优质种源，更是莱芜农业发展急需。二、主要研究内容l 人工控制条件下不同品种次生代谢产物的含量1. 广泛收集不同品种的大蒜种子； 2. 将这些品种的种子分别种在两种不同生境下，即泰莱平原地区和鲁中山区的丘陵地带这两个地区是我市典型的生态环境；3.收集每一种植地各品种大蒜的鳞茎，测量其生物量和有效次生化合物成分含量；4. 比较各品种在同一生态环境下有效成分含量的情况5. 比较每一个品种生物量、有效成分含
8、量对不同生态环境的响应。从而确定在该种生态环境下哪个品种的品质最高；l 优质种源基地的建设种源基地及推广：目前，我市大蒜的种植面积达14.7万亩，总产量达到19.7万吨，有巨大的市场价值和潜力。通过本项目，能够筛选出合适莱芜本地土壤土质的优质大蒜种源，并向相关部门提交大蒜优质种源推广示范书，在我市推广普及优质该大蒜品种，具有极大的经济价值。三、 研究方法和技术路线1. 野外考察、确定两片实验用地及相应的土壤元素采集分析l 我市具有两种典型的地貌，分别是泰莱平原的平原地带和鲁中山区的丘陵地带，分别在这两种地形中选取两片实验用地，并测量分析土壤元素和ph值，收集降雨量、昼夜光照时间数据。2. 植株
9、栽培l 在我市存在的两种生境下分别种植各个不同品种的大蒜3. 利用HPLC方法测量两种生境下各品种大蒜的有效成分含量l 成熟后，在每一种植地同时收集各个品种大蒜的鳞茎，利用HPLC测量其有效成分含量（每个样品的每种成分至少重复测量4次）；4. 数据分析和优质种源选择l 比较相同生境下不同品种大蒜的产量和有效成分含量的差异；l 比较不同生境下相同品种大蒜的产量和有效成分含量的差异；l 确定在各个生境下产量和有效成分含量最好的品种；l 根据上述研究，因地制宜，选择优质种源。5. 优质种源种子基地建设l 对生物量和有效次生代谢产物含量高的种源，向政府提交大蒜优质种源推广示范书，通过政府的推动，在我市
10、普及推广。技术路线图平原实验地丘陵实验地土壤元素分析及生态因子测定土壤元素分析及生态因子测定取样取样HPLC有效成分分析（至少应包括大蒜辣素和大蒜新素）数据分析和优质种源选择指导优质种源种子基地建设四、 可行性分析及成本分析从技术流程来看，本项目主要包括两个阶段：i)植株栽培;ii)成分分析及数据处理。为了保证实验能最终达到我们的预期目标，我们必需保证每个环节的可行性，并且控制成本在实验经费的许可之下。我们在实际工作中可能遇到的问题有以下几个方面。1.种源问题我们拟采用我市市面上现有的不同品种的大蒜种子，所有种子均购自莱芜市种子公司。2.实验用地的选择和栽培问题我们通过野外实地考察分别在泰莱平
11、原和鲁中山区的丘陵地带现有的大蒜产地租用其中的一亩，作为我们的实验用地。而大蒜作为常见的农产品，其栽培技术不会出现漏洞。可雇用有经验的蒜农两名，保证研究的顺利开展和完成。3.数据采集过程中的问题高效液相色谱技术（High Performance Liquid Chromatography. HPLC）是一种成熟的分离分析技术，广泛用于药材食品成分的分析分离。本研究中HPLC将在中科院西北高原生物所完成，申请者从该研究所获取博士学位，有着多年的合作经验，如果允许，完成本研究难度并不大。五、预期成果1.根据两种典型生境下栽培不同大蒜品种的产量、次生有效成分，从而确定最优质的大蒜品种；2.对生物量和
12、有效次生代谢产物含量高的种源，向政府提交大蒜优质种源推广示范书，通过政府的推动，在我市普及推广。六、经费预算1.实验测样费：1.00万元（包括市场调查、品种采集和资料费用等）2.仪器设备费：5.00万元（包含HPLC使用，试剂等费用）3.其他费用： 2.00万元（场地租赁费用、劳务费和外地出差等费用） 总计：8万元七、申请者的研究基础郑伟，男，30岁，博士。2004年7月毕业于上海电力学院动力工程系，获学士学位； 2004年-2009年在中国科学院西北高原生物研究所攻读博士学位，2009年获生态学博士学位。博士期间主要从事二级濒危植物山莨菪的谱系地理学和保护遗传学研究。曾参与中科院“西部之光”
13、重点项目-珍稀藏药“藏茵陈”植物的引种栽培和成分测量工作，了解HPLC技术，与中科院西北高原所分析测试中心保持了良好的关系。这为本项目的开展提供了有利条件。相关论文（第一作者）：Wei Zheng, Liuyang Wang, Lihua Meng and Jianquan Liu, 2008. Genetic variation in the endangered Anisodus tanguticus (Solanaceae), an alpine perennial endemic to the Qinghai-Tibetan Plateau. Genetica, 132：123-129
14、.(SCI 收录)郑伟，高大海，王留阳, 2009. 植物的杂交起源及研究进展.安徽农业科学, 37: 10378-10381.（核心刊物收录） 3 项目需要的工作条件本项目将依托莱芜市职业技术学院的科研平台、人力资源和中国科学院分析化学测试中心支持。专家或单位推荐意见或自荐理由：大蒜是莱芜市重要的经济作物，含有丰富的营养成分。大蒜不仅是重要佐餐和佐料，还具有杀菌、降低血糖、预防肿瘤和癌症和防治心脑血管疾病等药效作用。大蒜品种产量和成分与生态环境关系密切，虽然莱芜市是我省乃至我国重要大蒜基地，但合适我市土壤和环境因子的大蒜品种并未有相关研究和报道。同时目前莱芜市场上，大蒜品种混淆，量效比参差不齐，选取合适大蒜品种引种至在我市，是我市大蒜市场的急需。本项目通过有效成分含量的测定，筛选优良品种，对推动农作物产品优质种源地域化和农业经济发展有重要价值和作用
